DE102019114817B4 - Imaging system and method of observation - Google Patents
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Abstract
Stereo-Bildgebungssystem, insbesondere medizinisches Bildgebungssystem, das Folgendes aufweist:- ein Beobachtungsinstrument (10, 50, 110) mit einer Bilderfassungseinheit (30, 70, 130) zur Erfassung erster Bilddaten und zweiter Bilddaten, welche zur Stereo-Beobachtung kombinierbar sind,- zumindest einen Lagesensor (144, 146) zur Erfassung einer Orientierung, insbesondere einer Drehorientierung, des Instruments (10, 50, 110) in Bezug auf eine Lagereferenz (166), und- eine Steuereinrichtung (150), die in Abhängigkeit von der Orientierung des Instruments (10, 50, 110) in einem ersten Wiedergabemodus und einem zweiten Wiedergabemodus betreibbar ist,wobei die Steuereinrichtung (150) dazu ausgebildet ist, mit dem Bildsignal ausgegebene Bilder im zweiten Wiedergabemodus in Abhängigkeit von der Orientierung aufzurichten,dadurch gekennzeichnet, dassdie Steuereinrichtung (150) zur Ausgabe eines Bildsignals ausgebildet ist, das im ersten Wiedergabemodus ein Stereo-Signal auf Basis der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten umfasst, und im zweiten Wiedergabemodus ein Mono-Signal auf Basis der ersten Bilddaten oder der zweiten Bilddaten umfasst, unddie Steuereinrichtung (150) in einem ersten Drehwinkelbereich des Instruments (10, 50, 110) im ersten Wiedergabemodus und in einem zweiten Drehwinkelbereich des Instruments (10, 50, 110) im zweiten Wiedergabemodus betreibbar ist.Stereo imaging system, in particular a medical imaging system, which has: - an observation instrument (10, 50, 110) with an image acquisition unit (30, 70, 130) for acquiring first image data and second image data which can be combined for stereo observation, - at least a position sensor (144, 146) for detecting an orientation, in particular a rotational orientation, of the instrument (10, 50, 110) in relation to a position reference (166), and a control device (150) which, depending on the orientation of the instrument (10, 50, 110) can be operated in a first playback mode and a second playback mode, the control device (150) being designed to erect images output with the image signal in the second playback mode depending on the orientation, characterized in that the control device (150 ) is designed to output an image signal which, in the first playback mode, is a stereo signal based on the first image aten and the second image data, and in the second playback mode comprises a mono signal based on the first image data or the second image data, and the control device (150) in a first angle of rotation range of the instrument (10, 50, 110) in the first playback mode and in a second angle of rotation range of the instrument (10, 50, 110) can be operated in the second playback mode.
Description
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Stereo-Bildgebungssystem mit einem Beobachtungsinstrument mit einer Bilderfassungseinheit zur Erfassung erster Bilddaten und zweiter Bilddaten, welche zur Stereo-Beobachtung kombinierbar sind.The present disclosure relates to a stereo imaging system with an observation instrument with an image acquisition unit for acquiring first image data and second image data which can be combined for stereo observation.
Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein medizinisches Bildgebungssystem. Solche Bildgebungssysteme dienen regelmäßig zur Beobachtung des menschlichen und/oder tierischen Körpers.In particular, the present disclosure relates to a medical imaging system. Such imaging systems are regularly used to observe the human and / or animal body.
Zur Stereo-Beobachtung geeignete Bildgebungssysteme umfassen üblicherweise Beobachtungsinstrumente mit stereoskopischer Beobachtungsoptik sowie Stereo-Bildsensoren, also beispielsweise zwei zueinander versetzte Bildsensoren. Es gibt also zwei Beobachtungskanäle. Bildsensoren umfassen üblicherweise CCD-Sensoren, CMOS-Sensoren und Ähnliches. Bei Verwendung zweier zueinander versetzter Bildsensoren ist einer der beiden Bildsensoren dem rechten Auge (erster Beobachtungskanal) und der andere der beiden Bildsensoren dem linken Auge des Beobachters (zweiter Beobachtungskanal) zugeordnet.Imaging systems suitable for stereo observation usually include observation instruments with stereoscopic observation optics and stereo image sensors, that is to say, for example, two image sensors offset from one another. So there are two channels of observation. Image sensors typically include CCD sensors, CMOS sensors, and the like. When using two offset image sensors, one of the two image sensors is assigned to the right eye (first observation channel) and the other of the two image sensors is assigned to the left eye of the observer (second observation channel).
Zur Stereo-Beobachtung geeignete Bildgebungssysteme werden zuweilen auch als 3D-Bildgebungssysteme bezeichnet. Es versteht sich, dass damit nicht unbedingt 3D-Daten erfasst werden. Das auf diese Weise generierte 3D-Bild erlaubt jedoch dem Beobachter eine Tiefenwahrnehmung.Imaging systems suitable for stereo observation are sometimes also referred to as 3-D imaging systems. It should be understood that this does not necessarily capture 3D data. However, the 3D image generated in this way allows the observer to perceive depth.
Medizinische Bildgebungssysteme umfassen beispielsweise Systeme zur endoskopischen Beobachtung. Im Sinne der vorliegenden Offenbarung umfassen Systeme zur endoskopischen Bildbearbeitung Gestaltungen, bei denen ein sondenähnliches Instrument in natürliche oder künstlich geschaffene Körperöffnungen einführbar ist, um Bilder des Körperinneren zu erfassen. Dies umfasst auch sogenannte Videoendoskopie-Systeme. Medical imaging systems include systems for endoscopic observation, for example. For the purposes of the present disclosure, systems for endoscopic image processing include designs in which a probe-like instrument can be inserted into natural or artificially created body openings in order to capture images of the interior of the body. This also includes so-called video endoscopy systems.
Aus der
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Ferner bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf medizinische Bildgebungssysteme, die zur Beobachtung des Körpers von außerhalb des Körpers ausgebildet sind. Mit anderen Worten ist es bei diesen Systemen nicht vorgesehen, das Instrument zumindest teilweise in eine Körperöffnung einzuführen. Derartige Systeme, insbesondere deren Beobachtungsinstrumente, werden beispielsweise als sogenannte Exoskope bezeichnet. Ein solches Exoskop mit einer stereoskopischen Optik ist aus der
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen auf Bildgebungssysteme und Instrumente zur Weißlicht-Beobachtung. Dies umfasst die Erfassung von sichtbarem Licht, insbesondere von Teilen des elektromagnetischen Spektrums, die für das menschliche Auge sichtbar sind. Dies betrifft beispielsweise einen Bereich von 380 nm bis 750 nm (Nanometer). Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen.The present disclosure relates, at least in exemplary configurations, to imaging systems and instruments for white light observation. This includes the detection of visible light, in particular parts of the electromagnetic spectrum that are visible to the human eye. This applies, for example, to a range from 380 nm to 750 nm (nanometers). However, this is not to be understood as restrictive.
Insbesondere schließt dies nicht aus, dass ein offenbarungsgemäßes Bildgebungssystem auch zur Beobachtung im Infrarot oder Nahinfrarot-Bereich bzw. im Ultraviolett-Bereich Bildinformationen erfassen kann. Dies ist beispielsweise bei Instrumenten für PDD (Photodynamische Diagnostik) und/oder PDT (Photodynamische Therapie) sowie für Instrumente zur Fluoreszenz-Beobachtung vorstellbar.In particular, this does not rule out that an imaging system according to the disclosure can also acquire image information for observation in the infrared or near-infrared range or in the ultraviolet range. This is conceivable, for example, for instruments for PDD (photodynamic diagnostics) and / or PDT (photodynamic therapy) as well as for instruments for fluorescence observation.
Zumindest in wesentlichen Ausführungsformen soll dies jedoch keine radiologischen Bildgebungsverfahren umfassen (beispielsweise Radiografie, Computertomografie, Magnetresonanztomografie, Ultraschall-Beobachtung). Demgemäß liegt der Fokus der vorliegenden Offenbarung nicht auf Bildgebungssystemen für die Schnittbild-Beobachtung. Hingegen beziehen sich wesentliche Aspekte der vorliegenden Offenbarung auf die Beobachtung von Oberflächen oder oberflächennahen Objekten. Es versteht sich, dass gleichwohl kombinierte Bildgebungssysteme vorstellbar sind.At least in essential embodiments, however, this should not include any radiological imaging methods (for example radiography, computed tomography, magnetic resonance tomography, ultrasound observation). Accordingly, the focus of the present disclosure is not on imaging systems for cross-sectional viewing. In contrast, essential aspects of the present disclosure relate to the observation of surfaces or objects close to the surface. It goes without saying that combined imaging systems are nevertheless conceivable.
Bei der Nutzung von Beobachtungsinstrumenten der vorstehend beschriebenen Art ist es häufig erforderlich, diese zu drehen oder in anderer Weise zu bewegen, etwa um ihre Längsachse (Achse des Instrumentenschaftes oder der Beobachtungsoptik), um den beobachteten Bildausschnitt zu verändern. Dies ist insbesondere bei handgehaltenen bzw. handgeführten Instrumenten der Fall. Jedoch auch bei Instrumenten, die starr aufgenommen sind, können Bewegungsfreiheitsgrade vorgesehen sein, um das Instrument und dessen Beobachtungsoptik in der gewünschten Weise zu positionieren.When using observation instruments of the type described above, it is often necessary to rotate them or move them in some other way, for example around their longitudinal axis (axis of the instrument shaft or the observation optics) in order to change the image section being observed. This is the case in particular with hand-held or hand-held instruments. However, even with instruments that are rigidly received, degrees of freedom of movement can be provided in order to position the instrument and its observation optics in the desired manner.
Bei Beobachtungsinstrumenten mit nur einem Bildsensor kann die Ausrichtung des Bildsensors in Bezug auf einen Referenzhorizont (definiert etwa durch ein Wiedergabegerät, beispielsweise einen Monitor) angepasst werden, indem das Bild mechanisch oder elektronisch gedreht wird. Auf diese Weise kann eine Bildaufrichtung durchgeführt werden. Im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist unter dem Merkmal Bildaufrichtung eine Funktion zu verstehen, bei der die Orientierung (etwa die Richtungen oben, unten, rechts, links) des angezeigten Bildes weitgehend oder vollständig beibehalten wird, obwohl der Bildsensor bzw. die Beobachtungsoptik gedreht wird (im Sinne einer Rollbewegung). Diese Definition ist sinngemäß auch auf Beobachtungsinstrumente mit geneigter Blickrichtung zu übertragen, also beispielsweise auf Instrumente mit Objektiven, deren „Normale“ nicht parallel zur Drehachse ist. Bei einem Objektiv handelt es sich bei der „Normalen“ etwa um die optische Achse. Beispielsweise handelt es sich bei einem Bildsensor, der konzentrisch zum Objektiv ausgerichtet ist, bei der „Normalen“ etwa um eine Senkrechte zur Sensorebene. Wesentlich für die Definition der Blickrichtung ist im Normalfall die optische Achse des Objektivs.In the case of observation instruments with only one image sensor, the alignment of the image sensor with respect to a reference horizon (defined for example by a playback device, for example a monitor) can be adjusted by rotating the image mechanically or electronically. Image erection can be carried out in this way. In the context of the present disclosure, the image erection feature is to be understood as a function in which the orientation (for example the directions above, below, right, left) of the displayed image is largely or completely retained, although the image sensor or the observation optics is rotated ( in the sense of a rolling movement). This definition can also be applied analogously to observation instruments with an inclined line of sight, for example to instruments with lenses whose “normal” is not parallel to the axis of rotation. In the case of a lens, the “normal” is roughly the optical axis. For example, in the case of an image sensor that is aligned concentrically to the lens, the “normal” is approximately perpendicular to the sensor plane. The optical axis of the objective is normally essential for defining the viewing direction.
Es ist jedoch auch vorstellbar, das Bild eben nicht aufzurichten, so dass das angezeigte Bild bei einer Drehung oder Rollbewegung des Instruments mit rotiert. Entsprechende Wiedergabemodi können wahlweise ausgewählt werden.However, it is also conceivable not to straighten the image so that the displayed image rotates with a rotation or rolling movement of the instrument. Corresponding playback modes can optionally be selected.
Bei einem zur Stereo-Beobachtung gestalteten Instrument bringt die Bildaufrichtung verschiedene Herausforderungen mit sich. Hauptursache hierfür ist die sogenannte Stereobasis, also ein Versatz (Abstand bzw. Winkel) zwischen den beiden Beobachtungskanälen bzw. Bildsensoren, die für die Stereo-Beobachtung und Stereo-Wiedergabe kombiniert werden. Die Stereobasis ist idealerweise mit dem Referenzhorizont des Wiedergabegerätes ausgerichtet, idealerweise parallel oder nahezu parallel dazu. Der Referenzhorizont des Wiedergabegerätes entspricht üblicherweise einer Horizontalen. Ein Beobachter mit gerade ausgerichtetem Kopf richtet seine Augen (gedankliche Linie durch die beiden Augen) parallel hierzu aus.In the case of an instrument designed for stereo observation, the erection of the image poses various challenges. The main reason for this is the so-called stereo basis, i.e. an offset (distance or angle) between the two observation channels or image sensors that are combined for stereo observation and stereo reproduction. The stereo base is ideally aligned with the reference horizon of the playback device, ideally parallel or almost parallel to it. The reference horizon of the playback device usually corresponds to a horizontal line. An observer with a straight head aligns his eyes (mental line through the two eyes) parallel to this.
Ein generelles Auslegungsziel für Bildgebungssysteme im medizinischen oder industriellen Umfeld besteht darin, den jeweiligen Sondenteil klein zu gestalten. Dies kann auch eine Miniaturisierung der Bilderfassungseinheit umfassen. Dies gilt beispielsweise für einen Durchmesser der Sonde bzw. der Objektivbaugruppe. Dieses Auslegungsziel ist umso wichtiger bei endoskopischen Instrumenten, die in der Neurochirurgie (Hirnchirurgie, Wirbelsäulenchirurgie, etc.) verwendet werden. Dies erschwert jedoch mechanische Lösungen für die Bildaufrichtung.A general design goal for imaging systems in the medical or industrial environment is to make the respective probe part small. This can also include miniaturization of the image capture unit. This applies, for example, to a diameter of the probe or the objective assembly. This design goal is all the more important for endoscopic instruments that are used in neurosurgery (brain surgery, spinal surgery, etc.). However, this makes mechanical solutions for image erection difficult.
Allgemein ist es wünschenswert, Schaftbaugruppen endoskopischer Instrumente mit möglichst geringem Schaftdurchmesser zu gestalten. Dies kann das Trauma für den Patienten, beim Schaffen der Zugangsöffnung, minimieren. Daher gilt dieses Auslegungsziel allgemein für Instrumente für die minimalinvasive Chirurgie.In general, it is desirable to design shaft assemblies of endoscopic instruments with the smallest possible shaft diameter. This can minimize trauma to the patient in creating the access opening. Therefore, this design goal applies generally to instruments for minimally invasive surgery.
Gleichwohl gibt es auch bei möglichst klein (betreffend etwa den Schaftdurchmesser) bauenden Instrumenten Bedarf für stereoskopische Bilderfassung bzw. Beobachtung. Ein Ansatz für ein stereoskopisches Instrument, beispielsweise ein Endoskop, kann darin bestehen, zwei Bildsensoren am oder nahe dem distalen Ende des Instruments anzuordnen. Die beiden Bildsensoren sind regelmäßig nebeneinander angeordnet und haben daher Auswirkung auf den Gesamtdurchmesser des Instruments in diesem Bereich. Es wäre sehr aufwendig, in diesem distalen Bereich zusätzlich noch Vorkehrungen für eine mechanische Bildaufrichtung vorzusehen.At the same time, there is also a need for stereoscopic image acquisition or observation in the case of instruments that are as small as possible (with regard to the shaft diameter, for example). One approach for a stereoscopic instrument, for example an endoscope, can be to arrange two image sensors at or near the distal end of the instrument. The two image sensors are regularly arranged next to one another and therefore have an effect on the overall diameter of the instrument in this area. It would be very costly to provide additional provisions for mechanical image erection in this distal area.
Gleichwohl werden auch derartige Instrumente häufig während der Nutzung um die Längsachse des Schaftes gedreht. Dies gilt insbesondere für Instrumente mit schräger Blickrichtung. Wie vorstehend bereits angedeutet, bringt dies jedoch bei der stereoskopischen Wahrnehmung Herausforderungen mit sich, zumindest sofern das Bild auch bei einer Rollbewegung aufgerichtet bleiben soll. Wenn im Umkehrschluss auf die Aufrichtung verzichtet wird, wird aus Sicht des Beobachters die Orientierung „im Bild“ erschwert.At the same time, such instruments are also often rotated about the longitudinal axis of the shaft during use. This applies in particular to instruments with an oblique line of sight. As already indicated above, however, this entails challenges in stereoscopic perception, at least if the image is to remain upright even during a rolling movement. Conversely, if you do not stand upright, from the observer's point of view, orientation “in the picture” is made more difficult.
Instrumente mit nur einem Bildsensor, also mit nur einem Beobachtungskanal (monoskopische Instrumente) sind in dieser Hinsicht weniger problematisch. Das erfasste Bild kann sowohl mechanisch (tatsächlich von Hand oder über einen Aktuator) als auch elektronisch aufgerichtet (digitale Aufrichtung) werden. Die mechanische Aufrichtung umfasst eine Rotation des Sensors in Bezug auf den Schaft bzw. ein Lagerstück des Instruments. Die elektronische Bildaufrichtung umfasst bildverarbeitende Maßnahmen, so dass bei Bedarf sichergestellt werden kann, dass das Bild aufrecht wiedergegeben wird.Instruments with only one image sensor, i.e. with only one observation channel (monoscopic instruments) are less problematic in this regard. The captured image can be erected mechanically (actually by hand or via an actuator) as well as electronically (digital erection). The mechanical erection includes a rotation of the sensor in relation to the shaft or a bearing piece of the instrument. The electronic image erection includes image processing measures so that, if necessary, it can be ensured that the image is reproduced upright.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Offenbarung die Aufgabe zugrunde, ein Stereo-Bildgebungssystem mit einem Beobachtungsinstrument und ein Verfahren zur Stereo-Beobachtung anzugeben, die auch bei einer Rotation des Instruments bzw. der Bilderfassungseinheit des Instruments eine praktikabel wahrnehmbare Wiedergabe erlauben, wobei das wiedergegebene Bild bedarfsweise aufgerichtet werden kann. Gleichwohl soll in einem möglichst großen Rotationsbereich eine stereoskopische Darstellung (oder 3D-Darstellung) ermöglicht sein. Vorzugsweise ist eine intuitive Bedienung möglich. Vorzugsweise erlaubt das Bildgebungssystem bzw. das Verfahren in einem Zustand, in dem keine stereoskopische Erfassung und Wiedergabe sinnvoll ist, noch eine Grundfunktionalität, so dass zumindest ein Beobachtungskanal nutzbar ist.Against this background, the present disclosure is based on the object of specifying a stereo imaging system with an observation instrument and a method for stereo observation which allow a practically perceptible reproduction even when the instrument or the image acquisition unit of the instrument is rotated, the reproduced image can be erected if necessary. Nevertheless, a stereoscopic display (or 3D display) should be made possible in the largest possible rotation range. Intuitive operation is preferably possible. In a state in which no stereoscopic acquisition and reproduction is sensible, the imaging system or the method preferably still allows a basic functionality, so that at least one observation channel can be used.
Ferner soll im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ein korrespondierendes Computerprogramm zur Steuerung eines Stereo-Bildgebungssystems angegeben werden.Furthermore, within the scope of the present disclosure, a corresponding computer program for controlling a stereo imaging system is to be specified.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt durch ein Stereo-Bildgebungssystem, insbesondere medizinisches Bildgebungssystem gelöst, das Folgendes aufweist:
- - ein Beobachtungsinstrument mit einer Bilderfassungseinheit zur Erfassung erster Bilddaten und zweiter Bilddaten, welche zur Stereo-Beobachtung kombinierbar sind,
- - zumindest einen Lagesensor zur Erfassung einer Orientierung, insbesondere einer Drehorientierung, des Instruments in Bezug auf eine Lagereferenz,
- - eine Steuereinrichtung, die in Abhängigkeit von der Orientierung des Instruments in einem ersten Wiedergabemodus und einem zweiten Wiedergabemodus betreibbar ist, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, mit dem Bildsignal ausgegebene Bilder im zweiten Wiedergabemodus in Abhängigkeit von der Orientierung aufzurichten, wobei die Steuereinrichtung zur Ausgabe eines Bildsignals ausgebildet ist, das im ersten Wiedergabemodus ein Stereo-Signal auf Basis der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten umfasst, und im zweiten Wiedergabemodus ein Mono-Signal auf Basis der ersten Bilddaten oder der zweiten Bilddaten umfasst, und wobei die Steuereinrichtung in einem ersten Drehwinkelbereich des Instruments im ersten Wiedergabemodus und in einem zweiten Drehwinkelbereich des Instruments im zweiten Wiedergabemodus betreibbar ist.
- - an observation instrument with an image acquisition unit for acquiring first image data and second image data, which can be combined for stereo observation,
- - At least one position sensor for detecting an orientation, in particular a rotational orientation, of the instrument in relation to a position reference,
- A control device which can be operated in a first playback mode and a second playback mode as a function of the orientation of the instrument, the control device being designed to erect images output with the image signal in the second playback mode as a function of the orientation, the control device for outputting an image signal is formed, which in the first reproduction mode comprises a stereo signal based on the first image data and the second image data, and in the second reproduction mode comprises a mono signal based on the first image data or the second image data, and wherein the control device in a first Rotation angle range of the instrument can be operated in the first playback mode and in a second rotation angle range of the instrument in the second playback mode.
Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The object of the invention is completely achieved in this way.
Erfindungsgemäß wird nämlich einerseits die Fähigkeit zur Stereo-Beobachtung genutzt. Dies gilt jedenfalls in solchen Positionen (v.a. Drehlagen) der Bilderfassungseinheit, in denen die Orientierung der Stereobasis nicht oder nur in vertretbaren Grenzen von der Lagereferenz (etwa vom Horizont bzw. künstlichen Horizont) abweicht.According to the invention, on the one hand, the ability for stereo observation is used. This applies in any case in such positions (especially rotational positions) of the image acquisition unit in which the orientation of the stereo base does not deviate from the position reference (e.g. from the horizon or artificial horizon) or only within reasonable limits.
Wenn jedoch die vom Lagesensor bereitgestellten Signale betreffend die Orientierung (Drehlage bzw. Roll-Lage) ergeben, dass die Stereo-Funktionalität aufgrund der Verdrehung der Bilderfassungseinheit nicht mehr nutzbar ist, dann kann die Steuereinrichtung ein Mono-Signal (Nutzung nur eines Beobachtungskanals) ausgeben. Das kann dann der Fall sein, wenn sich der Bediener nicht mehr gut im Bild orientieren kann, beispielsweise bei der Steuerung dort sichtbarer chirurgischer Instrumente.However, if the signals provided by the position sensor regarding the orientation (rotational position or roll position) show that the stereo functionality can no longer be used due to the rotation of the image acquisition unit, then the control device can output a mono signal (use of only one observation channel) . This can be the case when the operator can no longer orient himself well in the image, for example when controlling surgical instruments that are visible there.
Die vorstehende Maßnahme hat den Vorteil, dass eine Bildaufrichtung, insbesondere eine elektronische Bildaufrichtung, ermöglicht wird, wobei in Abhängigkeit vom aktuellen Drehwinkel eine stereoskopische Wiedergabe auf Basis zweier Beobachtungskanäle oder eine monoskopische Wiedergabe auf Basis eines Beobachtungskanals möglich ist.The above measure has the advantage that image erection, in particular electronic image erection, is made possible, with stereoscopic reproduction based on two observation channels or monoscopic reproduction based on one observation channel being possible depending on the current angle of rotation.
Dies bedeutet zwar, dass in bestimmten Orientierungen des Beobachtungsinstruments bzw. von dessen Bilderfassungseinheit nur eine zweidimensionale Wiedergabe ohne Tiefeneindruck genutzt wird. Gleichwohl kann auch diese Art der Wiedergabe zur Beobachtung genutzt werden.This means that in certain orientations of the observation instrument or of its image capture unit, only a two-dimensional reproduction without depth impression is used. At the same time, this type of reproduction can also be used for observation.
Wenn jedoch über den Lagesensor ermittelt wird, dass die aktuelle Drehorientierung (Roll-Lage) der Bilderfassungseinheit eine stereoskopische Wiedergabe, also eine Wiedergabe mit Tiefeneindruck (3D-Wiedergabe) ermöglicht, dann kann auf stereoskopische Wiedergabe umgeschaltet werden. Hinsichtlich der Bildaufrichtung ist es vorstellbar, bei einer Verdrehung der Bilderfassungseinheit um etwa 180°d ie beiden Beobachtungskanäle für die Wiedergabe zu vertauschen und deren Bildinformationen jeweils um 180°zu drehen. Auch auf diese Weise kann zumindest für einen kleinen Drehwinkelbereich (bei etwa 180') eine Bildaufrichtung auch bei stereoskopische r Wiedergabe realisiert werden.If, however, it is determined via the position sensor that the current rotational orientation (roll position) of the image acquisition unit enables stereoscopic reproduction, i.e. reproduction with depth impression (3D reproduction), then a switch can be made to stereoscopic reproduction. With regard to the image erection, it is conceivable, when the image acquisition unit is rotated by about 180 °, to interchange the two observation channels for the reproduction and to rotate their image information by 180 ° in each case. In this way, too, an erection of the image can be realized at least for a small angle of rotation range (around 180 ') even with stereoscopic reproduction.
Gemäß diesem Ansatz kann, zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen, ein Instrument realisiert werden, bei dem einerseits die Stereo-Beobachtung und andererseits eine elektronische Bildaufrichtung möglich ist. Dies bezieht sich auf beispielhafte Ausführungsformen und ist nicht einschränkend zu verstehen.According to this approach, at least in exemplary configurations, an instrument can be implemented in which, on the one hand, stereo observation and, on the other hand, electronic image erection is possible. This relates to exemplary embodiments and is not to be understood as restrictive.
Gleichwohl eignet sich dieser Ansatz in besonderer Weise für Instrumente mit kleinem Schaftdurchmesser, also für Instrumente für die minimalinvasive Chirurgie, insbesondere für die Neurochirurgie (Hirnchirurgie, Wirbelsäulenchirurgie). In beispielhaften Ausführungsformen handelt es sich bei dem Beobachtungsinstrument um ein medizinisches Beobachtungsinstrument. Je kleiner der Schaftdurchmesser, desto schwieriger wird es, mechanische Lösungen für die Bildaufrichtung zu implementieren.At the same time, this approach is particularly suitable for instruments with a small shaft diameter, that is to say for instruments for minimally invasive surgery, in particular for neurosurgery (brain surgery, spinal surgery). In exemplary embodiments, the observation instrument is a medical observation instrument. The smaller the shaft diameter, the more difficult it becomes to implement mechanical solutions for image erection.
Das Beobachtungsinstrument ist regelmäßig als Video-Endoskop oder Video-Exoskop gestaltet. Ein Video-Endoskop ist zur Beobachtung des Körperinneren ausgebildet und kann über eine natürliche oder künstliche Körperöffnung in das Körperinnere eingeführt werden. Ein Video-Exoskop ist zur Beobachtung des Körpers von außerhalb des Körpers ausgebildet. Die Instrumente können für die Humanmedizin und gegebenenfalls für die Veterinärmedizin ausgebildet sein. Gleichwohl sind auch industrielle Einsätze für Video-Endoskope und Video-Exoskope vorstellbar.The observation instrument is usually designed as a video endoscope or video exoscope. A video endoscope is designed to observe the inside of the body and can be inserted into the inside of the body through a natural or artificial opening. A video exoscope is designed to observe the body from outside the body. The instruments can be designed for human medicine and, if necessary, for veterinary medicine. At the same time, industrial applications for video endoscopes and video exoscopes are also conceivable.
Die Lagereferenz, auf die sich das durch den Lagesensor ermittelte Lagesignal bezieht, kann beispielsweise ein Horizont (gegebenenfalls künstlicher Horizont) sein. Die Lagereferenz ergibt sich beispielsweise durch den Augenabstand (bzw. die Orientierung des zugehörigen Vektors) des Beobachters bei der Betrachtung des wiedergegebenen Bildes.The position reference to which the position signal determined by the position sensor relates can, for example, be a horizon (possibly an artificial horizon). The position reference results, for example, from the interpupillary distance (or the orientation of the associated vector) of the observer when viewing the reproduced image.
Beispielhaft umfasst die Bilderfassungseinheit zwei voneinander beabstandete Bildsensoren. Diese können parallel zueinander aber auch leicht relativ zueinander geneigt sein. Jedem der beiden Bildsensoren (rechts und links) ist einer von zwei Beobachtungskanälen zugeordnet. Die beiden Bildsensoren sind zur Stereo-Beobachtung eines Objekts in einer Objektebene miteinander kombinierbar. Die beiden Bildsensoren sind voneinander beabstandet und demgemäß an die Disparität der Augen eines Beobachters angepasst.By way of example, the image acquisition unit comprises two image sensors that are spaced apart from one another. These can be parallel to one another but also slightly inclined relative to one another. One of two observation channels is assigned to each of the two image sensors (right and left). The two image sensors can be combined with one another for stereo observation of an object in an object plane. The two image sensors are spaced from one another and are accordingly adapted to the disparity of the eyes of an observer.
Diese Ausgestaltung ist nicht einschränkend zu verstehen. Allgemein ergibt sich die Stereobasis durch distale Aperturen der Objektiveinheit bzw. deren Abstand voneinander. Dies ist auch für die Lage der Bildsensoren bzw. deren Abstand maßgebend.This refinement is not to be understood as restrictive. In general, the stereo basis results from distal apertures of the objective unit or their distance from one another. This is also decisive for the position of the image sensors and their distance.
Im Falle einer Mono-Wiedergabe bzw. 2D-Beobachtung wird nur einer der beiden Kanäle, also nur einer der beiden Bildsensoren benutzt. Dies heißt nicht unbedingt, dass nur einer der beiden Bildsensoren tatsächlich ein Signal liefert. Jedoch wird zumindest bei der Wiedergabe des Bildes lediglich das Signal eines der beiden Kanäle verwendet.In the case of mono playback or 2D observation, only one of the two channels, i.e. only one of the two image sensors, is used. This does not necessarily mean that only one of the two image sensors actually delivers a signal. However, only the signal from one of the two channels is used at least when the image is reproduced.
Die Orientierung des Instruments wird über den Lagesensor in Bezug auf eine Referenz, etwa in Bezug auf einen Horizont erfasst. Bei der Referenz kann es sich um eine allgemeingültige (globale) Referenz handeln oder eine fallweise definierte Referenz. Üblicherweise wird auf einen Horizont abgestellt, der die Lage und Orientierung der beiden Augen eines Beobachters widerspiegelt.The orientation of the instrument is detected via the position sensor in relation to a reference, for example in relation to a horizon. The reference can be a general (global) reference or a reference that is defined on a case-by-case basis. Usually, a horizon is set up that reflects the position and orientation of the two eyes of an observer.
Im ersten Wiedergabemodus werden die ersten Bilddaten und die zweiten Bilddaten derart kombiniert, dass eine Stereo-Wiedergabe (3D-Wiedergabe) ermöglicht ist. Im zweiten Wiedergabemodus werden entweder die ersten Bilddaten oder die zweiten Bilddaten verwendet, so dass eine Mono-Wiedergabe (2D-Wiedergabe) ermöglicht ist.In the first playback mode, the first image data and the second image data are combined in such a way that stereo playback (3D playback) is possible. In the second playback mode, either the first image data or the second image data are used, so that mono playback (2D playback) is possible.
Zumindest gemäß beispielhaften Ausgestaltungen ist das Beobachtungsinstrument ein handgehaltenes oder handgeführtes Instrument. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist das Beobachtungsinstrument an einem Stativ oder ähnlichem aufgenommen. Die Orientierung des Instruments, insbesondere dessen Rollorientierung, kann direkt über den Bediener und/oder über eine motorbetriebene Mechanik verändert werden. Das offenbarungsgemäße Verfahren kann entsprechend ausgestaltet sein.At least according to exemplary configurations, the observation instrument is a hand-held or hand-guided instrument. However, this is not to be understood as restrictive. According to an alternative embodiment, the observation instrument is held on a tripod or the like. The orientation of the instrument, in particular its roll orientation, can be changed directly via the operator and / or via a motor-driven mechanism. The method according to the disclosure can be designed accordingly.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zur Stereo-Beobachtung gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- - Bereitstellung eines Beobachtungsinstruments mit einer Bilderfassungseinheit zur Erfassung erster Bilddaten und zweiter Bilddaten, welche zur Stereo-Beobachtung kombinierbar sind,
- - Erfassung einer Orientierung, insbesondere einer Drehorientierung, des Instruments in Bezug auf eine Lagereferenz, und
- - Betreiben des Bildgebungssystems in Abhängigkeit von der Orientierung des Instruments in einem ersten Wiedergabemodus oder einem zweiten Wiedergabemodus, umfassend:
- im ersten Wiedergabemodus Ausgabe eines Bildsignals, das ein Stereo-Signal auf Basis der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten umfasst,
- im zweiten Wiedergabemodus Ausgabe eines Bildsignals, das ein Mono-Signal umfasst, und
- bedarfsweises Aufrichten der auszugebenen Bilder in Abhängigkeit von der erfassten Orientierung, zumindest im zweiten Wiedergabemodus,
- wobei das Betreiben des Bildgebungssystems in einem ersten Drehwinkelbereich des Instruments im ersten Wiedergabemodus und in einem zweiten Drehwinkelbereich des Instruments im zweiten Wiedergabemodus erfolgt.
- - Provision of an observation instrument with an image acquisition unit for acquiring first image data and second image data, which can be combined for stereo observation,
- - Detection of an orientation, in particular a rotational orientation, of the instrument in relation to a position reference, and
- - Operating the imaging system as a function of the orientation of the instrument in a first playback mode or a second playback mode, comprising:
- in the first playback mode output of an image signal which comprises a stereo signal based on the first image data and the second image data,
- in the second playback mode, outputting a picture signal which comprises a mono signal, and
- if necessary, erecting the images to be output depending on the captured orientation, at least in the second playback mode,
- wherein the imaging system is operated in a first angle of rotation range of the instrument in the first playback mode and in a second angle of rotation range of the instrument in the second playback mode.
Auch auf diese Weise wird die Aufgabe der Erfindung vollständig gelöst.In this way, too, the object of the invention is completely achieved.
Das Verfahren kann auch als bildgebendes Verfahren zur Stereo-Beobachtung bezeichnet werden. Es versteht sich, dass das Verfahren gemäß den im Rahmen dieser Offenbarung beschriebenen beispielhaften Ausgestaltungen des Bildgebungssystems ausgestaltet sein kann, und umgekehrt.The method can also be referred to as an imaging method for stereo observation. It goes without saying that the method can be configured in accordance with the exemplary configurations of the imaging system described in the context of this disclosure, and vice versa.
Das Verfahren umfasst in einer beispielhaften Ausführungsform die Bereitstellung einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Bildgebungssystems.In an exemplary embodiment, the method comprises the provision of a control device for controlling the imaging system.
Das Verfahren umfasst in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens die Bereitstellung eines Stereo-Bildgebungssystems mit einem zur Stereo-Beobachtung ausgebildeten Beobachtungsinstrument, mit zumindest einem Lagesensor zur Erfassung einer Orientierung, insbesondere einer Drehorientierung, des Instruments, und mit einer Steuereinrichtung, die in Abhängigkeit von der Orientierung des Instruments zumindest in einem ersten Wiedergabemodus oder in einem zweiten Wiedergabemodus betreibbar ist, wobei die Steuereinrichtung zur Ausgabe eines Bildsignals ausgebildet ist, das im ersten Wiedergabemodus ein Stereo-Signal auf Basis der ersten Bilddaten und der zweiten Bilddaten umfasst, und im zweiten Wiedergabemodus ein Mono-Signal auf Basis der ersten Bilddaten oder der zweiten Bilddaten umfasst, und wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, mit dem Bildsignal ausgegebene Bilder im zweiten Wiedergabemodus in Abhängigkeit von der Orientierung aufzurichten.In a further exemplary embodiment of the method, the method comprises the provision of a stereo imaging system with an observation instrument designed for stereo observation, with at least one position sensor for detecting an orientation, in particular a rotational orientation, of the instrument, and with a control device which, as a function of the orientation of the instrument can be operated at least in a first playback mode or in a second playback mode, the control device being designed to output an image signal which, in the first playback mode, comprises a stereo signal based on the first image data and the second image data, and in the second playback mode comprises a mono signal on the basis of the first image data or the second image data, and wherein the control device is designed to erect images output with the image signal in the second reproduction mode as a function of the orientation.
Im ersten Wiedergabemodus werden die ausgegebenen Bilder, zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen, nicht aufgerichtet, also unaufgerichtet ausgegeben. Demgemäß würden die angezeigten Bilder gemeinsam mit dem Rotationswinkel (Rollwinkel) des Instruments in Bezug auf die Lagereferenz rotieren.In the first playback mode, the output images, at least in exemplary configurations, are output not erected, that is to say are output without being erected. Accordingly, the displayed images would rotate along with the angle of rotation (roll angle) of the instrument with respect to the positional reference.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, ausgegebene Bilder im zweiten Wiedergabemodus auszurichten, so dass sich die Orientierung des angezeigten Bildes in Bezug auf einen Anzeigehorizont nicht oder nur innerhalb definierter Grenzen verändert. Das Ergebnis der Ausrichtung ist dann die Wiedergabe aufgerichteter Bilder.According to an exemplary embodiment of the imaging system or the method, the control device is designed to align output images in the second playback mode so that the orientation of the displayed image with respect to a display horizon does not change or only changes within defined limits. The result of the alignment is then the reproduction of erected images.
Auf diese Weise kann eine Bildaufrichtung realisiert werden. Im Kontext der vorliegenden Offenbarung beschreibt der Begriff Bildaufrichtung eine Funktion, bei der das wiedergegebene Bild seine Orientierung (oben - unten - rechts - links) beibehält, und zwar auch dann, wenn das Instrument gedreht wird. Insbesondere wird dabei auf eine sogenannte Rollbewegung, also auf eine Rotation der Bilderfassungseinheit bzw. einer damit gekoppelten Objektivbaugruppe abgestellt. Die Rotation definiert eine Achse für die Rollbewegung. Beispielsweise kann die Rotation bei einem Endoskop um die Längsachse eines Instrumentenschaftes erfolgen. Es sind jedoch auch flexible oder teilweise auslenkbare Beobachtungsinstrumente bekannt, bei denen keine starre Längsachse verbaut ist. Ferner sind auch Beobachtungsinstrumente mit einem Schaft und einem daran aufgenommenem Beobachtungskopf bekannt, bei denen die Rotation nicht um die Längsachse des Schaftes sondern um eine Achse durch den Beobachtungskopf erfolgt. Diese Achse ist beispielsweise senkrecht zur Längsachse des Schaftes.Image erection can be realized in this way. In the context of the present disclosure, the term image erection describes a function in which the displayed image maintains its orientation (top - bottom - right - left), even when the instrument is rotated. In particular, what is known as a rolling movement, that is to say a rotation of the image acquisition unit or one coupled to it, is used Lens assembly turned off. The rotation defines an axis for the rolling motion. For example, the rotation of an endoscope can take place around the longitudinal axis of an instrument shaft. However, flexible or partially deflectable observation instruments are also known in which no rigid longitudinal axis is installed. Furthermore, observation instruments with a shaft and an observation head received thereon are also known, in which the rotation does not take place around the longitudinal axis of the shaft but around an axis through the observation head. This axis is, for example, perpendicular to the longitudinal axis of the shaft.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, auszugebende Bilder im ersten Wiedergabemodus unaufgerichtet auszugeben, so dass Änderungen der Orientierung des Instruments mit Änderungen der Orientierung der auszugebenden Bilder einhergehen.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or of the method, the control device is designed to output images to be output in the first playback mode without being erected, so that changes in the orientation of the instrument are accompanied by changes in the orientation of the images to be output.
Der Begriff „unaufgerichtet“ wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung derart verstanden, dass die auszugebenden Bilder ohne Aufrichtung, also nicht aufgerichtet, ausgegeben werden. Demgemäß würde etwa ein Objekt im auszugebenden Bild bei einer Rotation des Instruments um 5°um seine Längsachse bei der Wiedergabe ebenso auch um 5° rotiert werden.The term “not erect” is understood in the context of the present disclosure in such a way that the images to be output are output without being erected, that is to say not erect. Accordingly, for example, an object in the image to be output would also be rotated by 5 ° when the instrument was rotated by 5 ° about its longitudinal axis during playback.
Es hat sich gezeigt, dass im ersten Wiedergabemodus unter Umständen auch leichte Drehwinkel akzeptabel sind, bei denen für den Beobachter der stereoskopische Effekt (3D-Effekt mit Tiefeneindruck) wahrnehmbar ist und gleichzeitig die Orientierung im Bild leicht fällt. Daher wird im Rahmen dieser Ausgestaltung vorgeschlagen, innerhalb begrenzter Drehwinkel (auch bezeichnet als Rollwinkel) die stereoskopische Wiedergabe im ersten Wiedergabemodus beizubehalten. Dies macht das Bildgebungssystem toleranter für leichte Drehbewegungen.It has been shown that in the first playback mode, under certain circumstances, slight angles of rotation are also acceptable, at which the observer can perceive the stereoscopic effect (3D effect with impression of depth) and at the same time orientation in the image is easy. It is therefore proposed in the context of this embodiment to maintain the stereoscopic display in the first display mode within limited angles of rotation (also referred to as roll angles). This makes the imaging system more tolerant of slight rotation.
Die Steuereinrichtung ist in einem ersten Drehwinkelbereich des Instruments im ersten Wiedergabemodus betreibbar, wobei die Steuereinrichtung in einem zweiten Drehwinkelbereich des Instruments im zweiten Wiedergabemodus betreibbar ist. Beispielsweise umfasst der erste Drehwinkelbereich zumindest eine Neutrallage des Instruments in Bezug auf die Lagereferenz. Ein Drehwinkelbereich ist zumindest ein definierter Unterabschnitt des zur Verfügung stehenden Drehwinkels.The control device can be operated in a first angle of rotation range of the instrument in the first playback mode, wherein the control device can be operated in a second angle of rotation range of the instrument in the second playback mode. For example, the first angle of rotation range includes at least one neutral position of the instrument in relation to the position reference. A rotation angle range is at least a defined subsection of the available rotation angle.
Die Neutrallage umfasst beispielsweise eine parallele Ausrichtung einer Verbindungslinie zwischen den beiden Bildsensoren bzw. den Aperturen der beiden Kanäle in Bezug auf die Horizontale (oder einen künstlichen Horizont). Es versteht sich, dass die Neutrallage bzw. Ausgangslage auch fallweise definiert werden kann, über geeignete Bedienelemente.The neutral position includes, for example, a parallel alignment of a connecting line between the two image sensors or the apertures of the two channels with respect to the horizontal (or an artificial horizon). It goes without saying that the neutral position or starting position can also be defined on a case-by-case basis, using suitable operating elements.
Beispielhaft umfasst die neutrale Lage einen aufgerichteten Zustand (senkrecht zur Stereobasis) in Bezug auf die Lagereferenz (beispielsweise den Horizont). Ausgehend von der Neutrallage kann der Drehwinkel erfasst werden. Ein Rollwinkel ist üblicherweise ein Winkel, der eine Rotation um eine Längsachse (eines Schaftes und/oder der Bilderfassungseinheit) beschreibt.By way of example, the neutral position includes an erect state (perpendicular to the stereo base) with respect to the position reference (for example the horizon). The angle of rotation can be recorded based on the neutral position. A roll angle is usually an angle that describes a rotation about a longitudinal axis (of a shaft and / or of the image acquisition unit).
Der Horizont, der die Neutrallage definiert, kann im Betrieb zumindest gemäß einer beispielhaften Ausführungsform angepasst werden. Auf diese Weise kann beispielsweise auf globale Bewegungen unter Mitnahme des Beobachtungsinstruments reagiert werden. Die betrifft beispielsweise eine Umlagerung des Patienten unter Mitnahme des Beobachtungsinstruments. Die Anpassung des künstlichen Horizonts kann genutzt werden, um die Position und Orientierung weiterer Instrumente im wiedergegebenen Bild weitgehend beizubehalten, wenn der Patient und das Beobachtungsinstrument gedreht werden, diese weiteren Instrumente jedoch nicht.The horizon that defines the neutral position can be adapted during operation at least according to an exemplary embodiment. In this way, it is possible, for example, to react to global movements while taking along the observation instrument. This relates, for example, to repositioning the patient while taking the observation instrument with him. The adaptation of the artificial horizon can be used to largely maintain the position and orientation of further instruments in the reproduced image if the patient and the observation instrument are rotated, but these further instruments are not.
Denkbare Drehwinkelbereiche können einerseits in Grad (in Bezug auf einen 360°-Vollkreis) oder in Stunden sowie Minuten in Bezug auf ein 12-Uhr Ziffernblatt definiert werden. Eine neutrale Lage entspricht demgemäß einer Ausrichtung von 0° bzw. 0 Uhr. Eine demgegenüber um 180° verdrehte Lage entspricht demgemäß einer Ausrichtung von 180° bzw. 6 Uhr. Zwischenpositionen für den Drehwinkel ergeben sich entsprechend. In einer beispielhaften Ausgestaltung ergänzen sich der erste Drehwinkelbereich und der zweite Drehwinkelbereich zu 360°.Conceivable angles of rotation can be defined on the one hand in degrees (in relation to a 360 ° full circle) or in hours and minutes in relation to a 12 o'clock clock face. A neutral position accordingly corresponds to an alignment of 0 ° or 0 o'clock. In contrast, a position rotated by 180 ° corresponds to an alignment of 180 ° or 6 o'clock. Intermediate positions for the angle of rotation result accordingly. In an exemplary embodiment, the first angle of rotation range and the second angle of rotation range add up to 360 °.
Beispielhaft umfasst der erste Drehwinkelbereich einen Bereich zwischen 11 Uhr und 1 Uhr bzw. 330° und 30°. Demgemäß kann der zweite Drehwinkelbereich einen Bereich zwischen 1 Uhr und 11 Uhr bzw. zwischen 30° und 330° umfassen. Demgemäß wäre das Instrument vollständig um die Längsachse rotierbar.For example, the first angle of rotation range comprises a range between 11 o'clock and 1 o'clock or 330 ° and 30 °. Accordingly, the second angle of rotation range can include a range between 1 o'clock and 11 o'clock or between 30 ° and 330 °. Accordingly, the instrument would be completely rotatable about the longitudinal axis.
Es ist jedoch auch vorstellbar, das Instrument nicht vollständig um seine Längsachse rotierbar zu gestalten (bzw. die Bildaufrichtung nur für einen solchen Teilbereich auszubilden). Beispielhaft wird ein Teilbereich zwischen 9 Uhr und 3 Uhr bzw. 270° und 90° berücksichtigt. Demgemäß kann der erste Drehwinkelbereich weiterhin beispielhaft einen Bereich zwischen 11 Uhr und 1 Uhr bzw. 330° und 30° umfassen. Jedoch weist dann der zweite Drehwinkelbereich (Teil-) Abschnitte zwischen 9 Uhr und 11 Uhr sowie zwischen 1 Uhr und 3 Uhr (entsprechend einem ersten Abschnitt zwischen 270° und 330° sowie einem zweiten Abschnitt zwischen 30° und 90°) auf.However, it is also conceivable not to make the instrument completely rotatable about its longitudinal axis (or to make the image erect only for such a partial area). As an example, a partial range between 9 o'clock and 3 o'clock or 270 ° and 90 ° is taken into account. Accordingly, the first angle of rotation range can furthermore include, for example, a range between 11 o'clock and 1 o'clock or 330 ° and 30 °. However, the second rotation angle range then has (partial) sections between 9 o'clock and 11 o'clock and between 1 o'clock and 3 o'clock (corresponding to a first section between 270 ° and 330 ° and a second section between 30 ° and 90 °).
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens weist der erste Drehwinkelbereich zwei zueinander um 180° versetzte Abschnitte auf. Wenn das Instrument, ausgehend von der Neutrallage, um 180° verdreht wird, ist die Bilderfassungseinheit bzw. sind die beiden Bildsensoren für die ersten und zweiten Bilddaten wiederum parallel zur Lagereferenz (Horizont) ausgerichtet, verdreht. Die Bildsensoren sind seitenvertauscht. Eine solche Rollbewegung um etwa 180° wird allgemein als Flip bezeichnet. Im um 180° versetzten Abschnitt ist auch eine Stereo-Wiedergabe möglich. Dies kann auch eine (statische) Bildaufrichtung umfassen. Für eine Bildaufrichtung wäre die Bildinformation (erste und zweite Bilddaten) für den ersten Beobachtungskanal und den zweiten Beobachtungskanal zu vertauschen (rechts mit links tauschen, und umgekehrt), und die Teilbilder (rechts und links) wären jeweils für sich um 180° zu verdrehen. Gleichwohl erfolgt zusätzlich zu dieser „statischen“ Bildaufrichtung keine kontinuierliche Aufrichtung bei kleinen, von 180° ausgehenden Verdrehungen.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or the method, the first angle of rotation range has two sections offset from one another by 180 °. If the instrument, starting from the neutral position, is rotated by 180 °, the image acquisition unit or the two image sensors for the first and second image data are again aligned parallel to the position reference (horizon), rotated. The image sensors are reversed. Such a rolling movement of about 180 ° is generally referred to as a flip. Stereo playback is also possible in the section offset by 180 °. This can also include a (static) erection of the image. To erect the image, the image information (first and second image data) for the first observation channel and the second observation channel would have to be swapped (swap right with left, and vice versa), and the partial images (right and left) would each have to be rotated by 180 °. Nevertheless, in addition to this “static” image erection, there is no continuous erection with small rotations starting from 180 °.
Demgemäß umfasst der erste Drehwinkelbereich einen Bereich mit zwei Abschnitten. Ein erster Abschnitt ist beispielhaft zwischen 11 Uhr und 1 Uhr bzw. 330° und 30° gegeben. Ein zweiter Abschnitt ist beispielhaft zwischen 5 Uhr und 7 Uhr bzw. 150° und 210° gegeben. Demgemäß umfasst der zweite Drehwinkelbereich einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt. Der erste Abschnitt umfasst einen Bereich zwischen 1 Uhr und 5 Uhr bzw. zwischen 30° und 150 °. Der zweite Abschnitt umfasst einen Bereich zwischen 7 Uhr und 11 Uhr bzw. zwischen 210 ° und 330 °. Im Bereich zwischen 11 Uhr und 1 Uhr (bzw. 330° und 30°) sowie zwischen 5 Uhr und 7 Uhr (bzw. 150° und 210°) ist sodann jeweils eine stereoskopische Beobachtung und Bildwiedergabe ermöglicht. Es versteht sich, dass die vorstehenden Angaben für den ersten Drehwinkelbereich und den zweiten Drehwinkelbereich beispielhafter Natur und nicht einschränkend zu verstehen sind. Der erste Drehwinkelbereich kann symmetrisch zur Lotrechten (0° Stellung) ausgerichtet sein. Ferner sind jedoch auch in Bezug auf die Lotrechte nicht-symmetrische Winkelbereiche vorstellbar.Accordingly, the first angle of rotation range comprises a range with two sections. A first section is given, for example, between 11 a.m. and 1 a.m. or 330 ° and 30 °. A second section is given, for example, between 5 a.m. and 7 a.m. or between 150 ° and 210 °. Accordingly, the second angle of rotation range comprises a first section and a second section. The first section covers a range between 1 o'clock and 5 o'clock or between 30 ° and 150 °. The second section covers a range between 7 a.m. and 11 a.m. or between 210 ° and 330 °. In the area between 11 a.m. and 1 a.m. (or 330 ° and 30 °) and between 5 a.m. and 7 a.m. (or 150 ° and 210 °), stereoscopic observation and image reproduction is then possible. It goes without saying that the above information for the first angle of rotation range and the second angle of rotation range are to be understood as exemplary and not restrictive. The first angle of rotation range can be aligned symmetrically to the perpendicular (0 ° position). Furthermore, however, angular ranges that are not symmetrical with respect to the perpendicular are also conceivable.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, das erste Bildsignal und das zweite Bildsignal zu tauschen und das erste Bildsignal und das zweite Bildsignal um etwa 180° zu rotieren.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or the method, the control device is designed to swap the first image signal and the second image signal and to rotate the first image signal and the second image signal by approximately 180 °.
Dies erfolgt vorzugsweise in dem Abschnitt des ersten Drehwinkelbereichs, der der Neutrallage um 180° versetzt gegenüberliegt. Auf diese Weise kann auch bei einem Flip eine statische Bildaufrichtung mit 3D-Funktion bereitgestellt werden.This is preferably done in the section of the first angle of rotation range which is offset from the neutral position by 180 °. In this way, static image erection with a 3D function can also be provided for a flip.
Demgemäß umfasst der erste Wiedergabemodus gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwei Betriebsarten. Die erste Betriebsart betrifft eine ursprüngliche Ausrichtung im Einklang mit der Lagereferenz (die beispielsweise die Neutrallage definiert). Die zweite Betriebsart betrifft den Flip-Modus (Verdrehung um 180° hierzu). Demgemäß kann der erste Abschnitt auch als Referenz-Abschnitt und der zweite Abschnitt als Flip-Abschnitt bezeichnet werden.Accordingly, the first reproduction mode according to this embodiment comprises two modes. The first mode of operation relates to an initial alignment in accordance with the position reference (which defines the neutral position, for example). The second operating mode concerns the flip mode (rotation by 180 ° for this). Accordingly, the first section can also be referred to as a reference section and the second section as a flip section.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens umfasst der zweite Drehwinkelbereich zumindest eine um 90° verdrehte Lage des Instruments gegenüber der Lagereferenz. Dies gilt beispielhaft auch für eine um 270° verdrehte Lage. Jedenfalls in einem solchen Bereich (Rollwinkel von 90° bzw. 270°) ist die Stereo-Funktionalität nicht ohne weiteres nutzbar, sofern ein aufgerichtetes Bild gewünscht ist. Daher ist es vertretbar, in diesem Bereich lediglich einen Beobachtungskanal zu nutzen, um ein 2D-Bild auszugeben. Dieses Bild kann sodann, zumindest in beispielhaften Ausführungsformen, elektronisch rotiert werden, um das Bild bedarfsweise aufzurichten.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or of the method, the second angle of rotation range includes at least one position of the instrument rotated by 90 ° with respect to the position reference. This also applies, for example, to a position rotated by 270 °. In any case, in such an area (roll angle of 90 ° or 270 °), the stereo functionality cannot be used without further ado if an erect image is desired. It is therefore justifiable to use only one observation channel in this area in order to output a 2D image. This image can then, at least in exemplary embodiments, be electronically rotated in order to straighten the image if necessary.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens umfasst der erste Drehwinkelbereich, bezogen auf eine Winkelskala, bei der 0° (Grad) eine ideale Ausrichtung des Instruments in Bezug auf die Lagereferenz beschreibt, einen ersten Abschnitt, der einen Bereich mit erster Grenze zwischen 310° und 350° und zweiter Grenze zwischen 10° und 50° umfasst, und wobei der erste Drehwinkelbereich vorzugsweise einen zweiten, gegenüber dem ersten Abschnitt um 180° versetzen Abschnitt aufweist.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or of the method, the first angle of rotation range, based on an angle scale, at which 0 ° (degrees) describes an ideal alignment of the instrument with respect to the position reference, comprises a first section, which is a range with a first boundary between 310 ° and 350 ° and the second limit between 10 ° and 50 °, and wherein the first angle of rotation range preferably has a second section offset by 180 ° with respect to the first section.
Beispielhaft ist der erste Drehwinkelbereich symmetrisch in Bezug auf eine Vertikale (bei 0°) angeordnet. Demgemäß umfasst der erste Drehwinkelbereich beispielhaft einen Bereich zwischen +/- 10° (plus/minus 10°) und +/- 50° bezüglich der Vertikalen, deckt also bei kleinem Bereich 0° +/- 10° und bei großem Bereich 0° +/- 50° ab. Beispielhaft deckt der erste Drehwinkelbereich einen Bereich von 0° +/- 45° ab. In einem weiteren Beispiel deckt der erste Drehwinkelbereich einen Bereich von 0° +/- 30° ab. Demgemäß kann der zweite Abschnitt einen Bereich von 180° +/- 10° bis hin zu 180° +/- 50° abdecken, beispielhaft 180° +/- 30° oder 180° +/- 45°.By way of example, the first angle of rotation range is arranged symmetrically with respect to a vertical (at 0 °). Accordingly, the first angle of rotation range includes, for example, a range between +/- 10 ° (plus / minus 10 °) and +/- 50 ° with respect to the vertical, i.e. covers 0 ° +/- 10 ° for a small area and 0 ° + for a large area / - 50 °. For example, the first angle of rotation range covers a range of 0 ° +/- 45 °. In a further example, the first angle of rotation range covers a range of 0 ° +/- 30 °. Accordingly, the second section can cover a range from 180 ° +/- 10 ° up to 180 ° +/- 50 °, for example 180 ° +/- 30 ° or 180 ° +/- 45 °.
Absolut betrachtet erstreckt sich in einem Ausführungsbeispiel der erste Abschnitt des ersten Drehwinkelbereichs zwischen 330° und 30°, wobei sich der zweite Abschnitt des ersten Drehwinkelbereichs zwischen 150° und 210° erstreckt. Der zweite Drehwinkelbereich, in dem das Instrument im zweiten Wiedergabemodus betreibbar ist, kann sich komplementär zum ersten Drehwinkelbereich erstrecken, also beispielsweise mit einem ersten Abschnitt zwischen 30° und 150° sowie einem zweiten Abschnitt zwischen 210° und 330°.Viewed in absolute terms, in one exemplary embodiment the first section of the first angle of rotation range extends between 330 ° and 30 °, the second section of the first angle of rotation range extending between 150 ° and 210 °. The second angle of rotation range in which the instrument can be operated in the second playback mode can extend complementarily to the first angle of rotation range, that is to say, for example, with a first section between 30 ° and 150 ° and a second section between 210 ° and 330 °.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel erstreckt sich der erste Abschnitt des ersten Drehwinkelbereichs zwischen 315° und 45°, wobei sich der zweite Abschnitt des ersten Drehwinkelbereichs zwischen 135° und 225° erstreckt. Demgemäß umfasst der zweite Drehwinkelbereich in diesem Ausführungsbeispiel einen ersten Abschnitt zwischen 45° und 135° sowie einen zweiten Abschnitt zwischen 225° und 315°.In a further exemplary embodiment, the first section of the first angle of rotation range extends between 315 ° and 45 °, the second section of the first angle of rotation range extending between 135 ° and 225 °. Accordingly, the second angle of rotation range in this exemplary embodiment comprises a first section between 45 ° and 135 ° and a second section between 225 ° and 315 °.
In einem dritten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der erste Abschnitt des ersten Drehwinkelbereichs zwischen 345° und 15°, wobei sich der zweite Abschnitt des ersten Drehwinkelbereichs zwischen 165° und 195° erstreckt. Demgemäß umfasst der zweite Drehwinkelbereich in diesem Ausführungsbeispiel einen ersten Abschnitt zwischen 15° und 165° sowie einen zweiten Abschnitt zwischen 195° und 345°.In a third exemplary embodiment, the first section of the first angle of rotation range extends between 345 ° and 15 °, the second section of the first angle of rotation range extending between 165 ° and 195 °. Accordingly, the second angle of rotation range in this exemplary embodiment comprises a first section between 15 ° and 165 ° and a second section between 195 ° and 345 °.
Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsbeispiele für den ersten Drehwinkelbereich, also für den ersten Wiedergabemodus, und den zweiten Drehwinkelbereich, also den zweiten Wiedergabemodus, vorstellbar sind.It goes without saying that other exemplary embodiments for the first angle of rotation range, that is to say for the first playback mode, and the second angle of rotation range, that is to say the second playback mode, are also conceivable.
Der erste Drehwinkelbereich, also der Bereich mit Stereo-Wiedergabe aber ohne umfassende Bildaufrichtung, wird beispielsweise derart gewählt, dass sich der Bediener noch gut im Bild orientieren kann, was bei leichter Schrägstellung oft der Fall ist. Es ergibt sich der Vorteil der Stereo-Wiedergabe. Je nach konkretem Einsatz des Bildgebungssystems bzw. in Abhängigkeit von objektiven und subjektiven Präferenzen verschiedener Bediener können der erste Drehwinkelbereich bzw. der zweite Drehwinkelbereich definiert werden.The first angle of rotation range, that is to say the range with stereo reproduction but without comprehensive image erection, is selected, for example, in such a way that the operator can still orientate himself well in the image, which is often the case with a slight inclination. There is the advantage of stereo playback. Depending on the specific use of the imaging system or depending on the objective and subjective preferences of different operators, the first angle of rotation range or the second angle of rotation range can be defined.
Es ist vorstellbar, den ersten Drehwinkelbereich fest vorzugeben. Es ist auch vorstellbar, eine geringe Anzahl an Varianten für den ersten Drehwinkelbereich (etwa +/- 30° oder +/-45°, jeweils bezogen auf die Vertikale - bei 0° und gegebenenfalls bei 180°) vorzugeben, zwischen denen der Bediener wählen kann. Es ist auch vorstellbar, dem Bediener die Möglichkeit zu geben, den ersten Drehwinkelbereich und damit auch den zweiten Drehwinkelbereich in weiten Grenzen frei festzulegen.It is conceivable to fix the first angle of rotation range. It is also conceivable to specify a small number of variants for the first angle of rotation range (about +/- 30 ° or +/- 45 °, each related to the vertical - at 0 ° and possibly at 180 °), between which the operator can choose can. It is also conceivable to give the operator the option of freely defining the first angle of rotation range and thus also the second angle of rotation range within wide limits.
Allgemein können die Abschnitte Bereiche von zumindest 355° bis 5° (also zumindest +/-5°) sowie von zumindest 175° bis 185° umfassen. Dies umfasst Ausführungsbeispiele, bei denen der erste Winkelbereich Werte zwischen +/- 30° und +/- 45° umfasst, jeweils bezogen auf eine 0° Stellung und gegebenenfalls eine 180° Stellung. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Andere Winkelbereiche sind vorstellbar. Wenn einer der beiden Drehwinkelbereiche definiert ist, kann der korrespondierende andere Drehwinkelbereich hergeleitet werden. Die beiden Drehwinkelbereiche ergänzen sich in diesem Ausführungsbeispiel zu 360°. Am Vollkreis kann jeder der beiden Drehwinkelbereiche zweimal vorgesehen sein, um 180° versetzt.In general, the sections can include areas of at least 355 ° to 5 ° (that is to say at least +/- 5 °) and of at least 175 ° to 185 °. This includes exemplary embodiments in which the first angular range comprises values between +/- 30 ° and +/- 45 °, in each case based on a 0 ° position and possibly a 180 ° position. However, this is not to be understood as restrictive. Other angular ranges are conceivable. If one of the two rotation angle ranges is defined, the corresponding other rotation angle range can be derived. In this exemplary embodiment, the two rotation angle ranges add up to 360 °. Each of the two rotation angle ranges can be provided twice on the full circle, offset by 180 °.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst der erste Drehwinkelbereich Abschnitte zwischen 315° und 45° sowie zwischen 135° und 225°. Damit umfasst der zweite Drehwinkelbereich Abschnitte zwischen 45° und 135° sowie zwischen 215° und 315°. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst der erste Drehwinkelbereich Abschnitte zwischen 330° und 30° sowie zwischen 150° und 210°. Damit umfasst der zweite Drehwinkelbereich Abschnitte zwischen 30° und 150° sowie zwischen 210° und 330°. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen.According to a further exemplary embodiment, the first angle of rotation range comprises sections between 315 ° and 45 ° and between 135 ° and 225 °. The second angle of rotation range thus includes sections between 45 ° and 135 ° and between 215 ° and 315 °. According to a further exemplary embodiment, the first angle of rotation range comprises sections between 330 ° and 30 ° and between 150 ° and 210 °. The second angle of rotation range thus includes sections between 30 ° and 150 ° and between 210 ° and 330 °. However, this is not to be understood as restrictive.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens ist die Steuereinrichtung dazu betreibbar, bei einem Wechsel zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus einen angepassten Übergang zu ermöglichen, wobei der Übergang vorzugsweise eine Anpassung zwischen der Orientierung des Mono-Signals im zweiten Wiedergabemodus sowie der Orientierung des Stereo-Signals im ersten Wiedergabemodus bei einem Schaltwinkel zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus umfasst.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or the method, the control device can be operated to enable an adapted transition when changing between the first playback mode and the second playback mode, the transition preferably being an adaptation between the orientation of the mono signal in the second playback mode and the orientation of the stereo signal in the first playback mode at a switching angle between the first playback mode and the second playback mode.
Der Übergang (auch bezeichnet als Übergangsmodus) macht den Wechsel zwischen der Stereo-Darstellung und der 2D-Darstellung harmonischer für den Bediener. Bildsignale, die im ersten Wiedergabemodus (Stereo) ausgegeben werden, sind regelmäßig für das rechte und das linke Auge separat aufbereitet. Dies kann beispielsweise Halbbilder umfassen, welche das Beobachtungsobjekt aus zwei leicht voneinander abweichenden Blickwinkeln zeigen. Beim Wechsel zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus (und umgekehrt) erfolgt demgemäß ein Wechsel zwischen einer Darstellung mit zwei unterschiedlichen Halbbildern sowie einer Darstellung mit einheitlichen Bildern für das rechte und das linke Auge. Beispielsweise erfolgt beim Übergang ein bewusstes Ausblenden eines der beiden Halbbilder, woraufhin das andere Halbbild für beide Augen maßgeblich wird (und umgekehrt beim anderen Wiedergabemodus).The transition (also referred to as transition mode) makes the change between the stereo display and the 2D display more harmonious for the operator. Image signals that are output in the first playback mode (stereo) are regularly processed separately for the right and left eye. This can include, for example, fields that show the observation object from two slightly different viewing angles. When changing between the first playback mode and the second playback mode (and vice versa) there is accordingly a change between a display with two different fields and a display with uniform images for the right and left eyes. For example, during the transition, one of the two fields is deliberately faded out, whereupon the other field becomes decisive for both eyes (and vice versa in the other display mode).
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, im zweiten Wiedergabemodus ausgegebene Bilder drehwinkelabhängig auszurichten, so dass vorzugsweise ein sprungarmer oder sprungfreier Übergang zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus erfolgt.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or the method, the control device is designed to align images output in the second playback mode dependent on the angle of rotation, so that a transition between the first playback mode and the second playback mode is preferably made with few or no jumps.
Auf diese Weise wird ein stetiger oder nahezu stetiger Übergang ohne ein „springendes“ Bild ermöglicht. Es gibt also vorzugsweise keine sprunghaften Änderungen der Drehorientierung des Bildes, wenn das Instrument gedreht wird und ein Wechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Wiedergabemodus erfolgt. Mit anderen Worten ist zumindest in beispielhaften Ausführungsformen ein drehwinkelsprungarmer oder drehwinkelspungfreier Übergang zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus ermöglicht. Es versteht sich, dass auch kleinere Sprünge durchaus akzeptabel und möglich sein können. Diese Sprünge sollten jedoch keine nachteiligen Auswirkungen auf die visuelle Orientierung des Beobachters im angezeigten Bild haben.In this way, a steady or almost steady transition is made possible without a “jumping” image. There are therefore preferably no sudden changes in the rotational orientation of the image when the instrument is rotated and there is a change between the first and the second playback mode. In other words, at least in exemplary embodiments, a transition between the first reproduction mode and the second reproduction mode with little or no rotation angle jump is made possible. It goes without saying that smaller jumps can also be perfectly acceptable and possible. However, these jumps should not have any adverse effects on the visual orientation of the observer in the displayed image.
Mit dieser Gestaltung wird dem Umstand Rechnung getragen, dass zumindest in beispielhaften Ausführungsformen der erste Wiedergabemodus tolerante Winkelbereiche umfasst (etwa 330° bis 30° oder sogar größer), in denen das Bild in der Objektebene stereoskopisch erfasst und wiedergegeben wird, wobei in diesem (kleinen) Bereich auf eine strenge Aufrichtung des Bildes verzichtet wird. Stereo-Wiedergabe ist regelmäßig nur dann sinnvoll, wenn das angezeigte Bild gleichsam mit der Drehung des Instruments rotiert.This configuration takes into account the fact that, at least in exemplary embodiments, the first playback mode comprises tolerant angular ranges (about 330 ° to 30 ° or even larger) in which the image is stereoscopically captured and displayed in the object plane, in which case (small ) Area, a strict straightening of the image is dispensed with. Stereo playback only makes sense if the displayed image rotates with the rotation of the instrument.
Wenn man jedoch dann den ersten Winkelbereich verlässt, in dem der erste Wiedergabemodus möglich ist, dann würde bei einem abrupten Übergang in den zweiten Wiedergabemodus gegebenenfalls eine sofortige Aufrichtung des Bildes in Bezug auf die Lagereferenz stattfinden. Dies hat jedoch zur Folge, dass das Bild aus Sicht des Beobachters „vorspringen“ bzw. „zurückspringen“ würde. Daher ist es zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen angedacht, einen Übergabemodus bereitzustellen, um diesen Übergang weniger abrupt zu gestalten.However, if one then leaves the first angular range in which the first display mode is possible, an abrupt transition to the second display mode would possibly result in an immediate straightening of the image with respect to the positional reference. However, this has the consequence that the image would “jump forward” or “jump back” from the observer's point of view. It is therefore envisaged, at least in exemplary configurations, to provide a transfer mode in order to make this transition less abrupt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens interpoliert die Steuereinrichtung im zweiten Wiedergabemodus die auszugebenden Bilder zwischen dem unaufgerichteten Zustand und dem aufgerichteten Zustand.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or of the method, the control device interpolates the images to be output between the non-erect state and the erected state in the second reproduction mode.
Auf diese Weise kann der Übergang durch geeignete Interpolationsschritte gleichmäßig und idealerweise ruckfrei oder ruckarm gestaltet werden. Dies verbessert die Wahrnehmung und vermeidet übermäßige optische Belastungen des Benutzers bei der Wahrnehmung.In this way, the transition can be designed uniformly and ideally without jerks or with little jerks by means of suitable interpolation steps. This improves perception and avoids excessive visual stress on the user during perception.
In Abhängigkeit vom Drehwinkel des Instruments ändert sich mithin die Orientierung des auszugebenden Bildes, wobei gleichwohl eine Aufrichtung erfolgt. Die Interpolation der Bilder (bzw. die Interpolation der Orientierung der Bilder) trägt dazu bei, Sprünge beim Übergang zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus zu vermeiden oder zumindest zu verringern. Die Interpolation erfolgt beispielsweise zwischen einer Ist-Verdrehung bei der Übergabe zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus und einer Soll-Orientierung, welche dem (ideal oder nahezu ideal) aufgerichteten Bild entspricht.The orientation of the image to be output changes as a function of the angle of rotation of the instrument, and an upright position nevertheless takes place. The interpolation of the images (or the interpolation of the orientation of the images) helps avoid or at least reduce jumps in the transition between the first playback mode and the second playback mode. The interpolation takes place, for example, between an actual rotation during the transfer between the first reproduction mode and the second reproduction mode and a target orientation which corresponds to the (ideally or almost ideally) erected image.
Damit erfolgt unmittelbar beim Übergang zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus kein „Sprung“ des Bildes bzw. keine abrupte Verdrehung des Bildes. Stattdessen wird das Bild kontinuierlich bewegt bzw. verdreht. Somit nimmt der Beobachter einerseits den Wechsel zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus wahr (der auch einen Wechsel zwischen 3D und 2D umfasst). Ferner kann der erste Wiedergabemodus mit der stereoskopischen Wiedergabe hinreichend tolerant gestaltet werden, so dass der Stereo-Effekt nicht nur bei absolut genauer Ausrichtung der Bilderfassungseinheit in Bezug auf die Lagereferenz möglich ist.This means that there is no “jump” of the image or no abrupt rotation of the image immediately during the transition between the first playback mode and the second playback mode. Instead, the image is continuously moved or rotated. Thus, on the one hand, the observer perceives the change between the first playback mode and the second playback mode (which also includes a change between 3D and 2D). Furthermore, the first playback mode with the stereoscopic playback can be designed to be sufficiently tolerant, so that the stereo effect is not only possible with an absolutely precise alignment of the image acquisition unit with respect to the position reference.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, auszugebende Bilder im zweiten Wiedergabemodus zwischen einem Schaltwinkel, der dem Übergang zwischen dem ersten Wiedergabemodus und dem zweiten Wiedergabemodus zugeordnet ist, und bei dem das Bild insbesondere eine dem Schaltwinkel entsprechende Orientierung aufweist, und einem Grenzwinkel oder Grenzwinkelbereich des Instruments im zweiten Wiedergabemodus aufzurichten.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or the method, the control device is designed to display images to be output in the second playback mode between a switching angle that is assigned to the transition between the first playback mode and the second playback mode, and in which the image is in particular an orientation corresponding to the switching angle has, and to erect a critical angle or critical angle range of the instrument in the second playback mode.
Beispielhaft beschreibt der Grenzwinkel einen Bereich, in dem das wiedergegebene Bild vollständig aufgerichtet ist, bei dem also die Orientierung des wiedergegebenen Bildes mit der Soll-Orientierung, definiert durch die Lagereferenz bzw. einen gewählten künstlichen Horizont, übereinstimmt. Beispielhaft wird der Grenzwinkel einer Drehorientierung des Instruments von 90° sowie von 270° zugeordnet. Es kann also zwei Grenzwinkel geben. Es ist auch vorstellbar, die vollständige Aufrichtung des Bildes in einem Grenzwinkelbereich anzubieten, also nicht nur bei einer bestimmten Winkelposition. Ein solcher Grenzwinkelbereich kann beispielhaft einen Bereich von 90° +/- 15° abdecken. Ein komplementärer, zweiter Grenzwinkelbereich kann beispielhaft einen Bereich von 270° +/- 15° abdecken. Die bedeutet, dass das wiedergegebene Bild bei Drehung des Instruments in diesem Bereich seine Aufrichtung nicht oder nur unwesentlich ändert.By way of example, the critical angle describes an area in which the reproduced image is completely erect, i.e. in which the orientation of the reproduced image corresponds to the target orientation defined by the position reference or a selected artificial horizon. By way of example, the critical angle is assigned to a rotational orientation of the instrument of 90 ° and 270 °. So there can be two critical angles. It is also conceivable to offer the complete erection of the image in a critical angle range, that is, not only at a specific angular position. Such a critical angle range can, for example, cover a range of 90 ° +/- 15 °. A complementary, second critical angle range can, for example, cover a range of 270 ° +/- 15 °. This means that when the instrument is rotated in this area, the displayed image does not change its upright position or only changes it insignificantly.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens liegt der Schaltwinkel, bezogen auf eine Winkelskala, bei der 0° eine ideale Ausrichtung des Instruments in Bezug auf die Lagereferenz beschreibt, bei 25° bis 50°, vorzugsweise bei 30° bis 45°. Bei einer symmetrischen Ausbildung des ersten Winkelbereichs gibt es demgemäß symmetrisch zur Vertikalen einen weiteren Schaltwinkel, beispielsweise im Bereich zwischen 310° und 335°, vorzugsweise bei 315° bis 330°. Die Schaltwinkel entsprechen in einer beispielhaften Ausführungsform den Grenzen des ersten Drehwinkelbereichs im ersten Wiedergabemodus.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or the method, the switching angle, based on an angle scale at which 0 ° describes an ideal alignment of the instrument with respect to the position reference, is 25 ° to 50 °, preferably 30 ° to 45 °. If the first angular range is symmetrical, there is accordingly a further switching angle symmetrical to the vertical, for example in the range between 310 ° and 335 °, preferably at 315 ° to 330 °. In an exemplary embodiment, the switching angles correspond to the limits of the first rotation angle range in the first playback mode.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, auszugebende Bilder im zweiten Wiedergabemodus zwischen dem Grenzwinkel oder Grenzwinkelbereich und einem weiteren Schaltwinkel derart zu verdrehen, dass die Orientierung des angezeigten Bildes an den weiteren Schaltwinkel angepasst wird, wenn das Instrument zum weiteren Schaltwinkel hin verdreht wird.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or the method, the control device is designed to rotate images to be output in the second playback mode between the critical angle or critical angle range and a further switching angle in such a way that the orientation of the displayed image is adapted to the further switching angle when the instrument is rotated towards the wider switching angle.
Der weitere Schaltwinkel beschreibt den Übergang zwischen dem zweiten Wiedergabemodus und dem ersten Wiedergabemodus in einer Über-Kopf-Ausrichtung des Instruments, wobei angesichts der zumindest näherungsweise um 180° verdrehten Lage der Instruments für die stereoskopische Wiedergabe das erste Bildsignal und das zweite Bildsignal getauscht und jeweils um 180° rotiert werden, zumindest in einer beispielhaften Ausgestaltung. Das Bild steht also grundsätzlich aufrecht, wobei gewisse Drehwinkel für eine robuste Stereo-Wiedergabe toleriert werden.The further switching angle describes the transition between the second playback mode and the first playback mode in an overhead orientation of the instrument, in view of the at least approximately 180 ° rotated position of the instrument for stereoscopic playback, the first image signal and the second image signal are swapped and each be rotated by 180 °, at least in one exemplary embodiment. The picture is basically upright, with certain angles of rotation being tolerated for robust stereo reproduction.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird das wiedergegebene Bild folglich nicht in einem über den (ersten) Schaltwinkel hinaus verdrehten Zustand gezeigt. In einem ersten Ausführungsbeispiel beinhaltet dies, dass das wiedergegebene Bild sowohl im ersten Wiedergabemodus als auch im zweiten Wiedergabemodus lediglich in einem innerhalb +/-45° verdrehten Zustand gezeigt wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das wiedergegebene Bild sowohl im ersten Wiedergabemodus als auch im zweiten Wiedergabemodus lediglich in einem innerhalb +/- 30° verdrehten Zustand gezeigt.In an exemplary embodiment, the reproduced image is consequently not shown in a state that is rotated beyond the (first) switching angle. In a first exemplary embodiment, this means that the reproduced image is only shown in a state rotated within +/- 45 ° both in the first reproduction mode and in the second reproduction mode. In a further exemplary embodiment, the reproduced image is only shown in a state rotated within +/- 30 ° both in the first reproduction mode and in the second reproduction mode.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens liegt der weitere Schaltwinkel, bezogen auf eine Winkelskala, bei der 0° eine ideale Ausrichtung des Instruments in Bezug auf die Lagereferenz beschreibt, bei 130° bis 155°, vorzugsweise bei 135° bis 150°, wobei der Grenzwinkel bei etwa 90° liegt. Bei einer symmetrischen Ausrichtung des ersten Winkelbereichs gibt es demgemäß symmetrisch zur Vertikalen einen weiteren Schaltwinkel, beispielsweise im Bereich zwischen 205° und 230°, vorzugsweise bei 210° bis 225°.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or the method, the further switching angle, based on an angle scale at which 0 ° describes an ideal alignment of the instrument with respect to the position reference, is 130 ° to 155 °, preferably 135 ° to 150 ° , the critical angle being around 90 °. With a symmetrical alignment of the first angular range, there is accordingly a further switching angle symmetrical to the vertical, for example in the range between 205 ° and 230 °, preferably 210 ° to 225 °.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Instruments erlaubt die Steuereinrichtung eine Veränderung der Lagereferenz, insbesondere eine Veränderung gegenüber einer idealen Lagereferenz, die durch die Orientierung der Bilderfassungseinheit vorgegeben ist. Üblicherweise ergibt sich die Lagereferenz durch die Anordnung der beiden Aperturen der Bilderfassungseinheit. Beispielsweise befindet sich das Instrument in einer idealen Ausrichtung, in der ein Beobachter ein aufrecht stehendes Bild stereoskopisch wahrnehmen kann, wenn die beiden Aperturen in einer horizontalen Ebene zueinander versetzt angeordnet sind (horizontale Ausrichtung der Stereobasis).According to a further exemplary embodiment of the instrument, the control device allows a change in the position reference, in particular a change from an ideal position reference that is predetermined by the orientation of the image acquisition unit. The position reference usually results from the arrangement of the two apertures of the image acquisition unit. For example, the instrument is in an ideal alignment in which an observer can stereoscopically perceive an upright image if the two apertures are arranged offset from one another in a horizontal plane (horizontal alignment of the stereo base).
Demgemäß wäre diese Ausrichtung auch die Referenz für die Bildaufrichtung im zweiten Wiedergabemodus. Es sind jedoch auch Anwendungsfälle bekannt, bei denen eine Anpassung der Lagereferenz gewünscht ist. Dies kann etwa dann der Fall sein, wenn das Beobachtungsobjekt (zum Beispiel der Patient) umgelagert wird, aber wenn gleichzeitig die Zuordnung zwischen dem Beobachtungsobjekt und dem vom Beobachtungsinstrument ausgegebenen (aufgerichteten) Bild beibehalten werden sollte. Dann kann ein künstlicher Horizont definiert werden, der sich durch einen gewählten Versatz (Versatzwinkel) gegenüber dem ursprünglichen Horizont (zum Beispiel in der idealen Ausrichtung) ergibt.Accordingly, this alignment would also be the reference for the image erection in the second display mode. However, there are also known applications in which an adaptation of the position reference is desired. This can be the case, for example, if the observation object (for example the patient) is repositioned, but if at the same time the association between the observation object and the (erected) image output by the observation instrument should be maintained. An artificial horizon can then be defined, which results from a selected offset (offset angle) relative to the original horizon (for example in the ideal alignment).
In einem solchen Betriebsmodus mit angepasstem künstlichen Horizont kann nunmehr der neu eingestellte künstliche Horizont die neue Lagereferenz für die Ausrichtung des Instruments darstellen. Im zweiten Wiedergabemodus können die wiedergegebenen Bilder unter Beachtung der neuen Lagereferenz aufgerichtet werden. Es versteht sich, dass im ersten Wiedergabemodus bei geändertem künstlichen Horizont gleichwohl die physische Ausrichtung der Bilderfassungseinheit nicht verändert wird. Bei einem Wechsel vom zweiten Wiedergabemodus hin zum ersten Wiedergabemodus erfolgt ein Übergang zwischen dem aufgerichteten 2D-Bild hin zum nicht aufgerichteten stereoskopischen Bild. Das Bild würde also „vor“ oder „zurück“ springen, wobei der Übergang wie vorstehend geschildert fließend gestaltet werden kann. Ob das Bild „vor“ oder „zurück“ springt, ist von der Drehrichtung abhängig. Ähnliches kann sich ergeben, wenn der erste Wiedergabemodus neben dem ersten Abschnitt (Neutrallage) auch einen um 180° hierzu versetzten zweiten Abschnitt (Flip-Lage) umfasst.In such an operating mode with an adapted artificial horizon, the newly set artificial horizon can now represent the new position reference for the alignment of the instrument. In the second playback mode, the displayed images can be erected taking into account the new position reference. It goes without saying that, in the first playback mode, when the artificial horizon is changed, the physical alignment of the image acquisition unit is not changed. When changing from the second playback mode to the first playback mode, there is a transition between the erected 2D image and the non-erect stereoscopic image. The picture would jump “forwards” or “backwards”, whereby the transition can be designed fluently as described above. Whether the image jumps "forwards" or "backwards" depends on the direction of rotation. Something similar can result if the first playback mode includes, in addition to the first section (neutral position), a second section (flip position) offset from this by 180 °.
Zur Erfassung der Drehlage/Orientierung der Bilderfassungseinheit ist beispielhaft zumindest ein Lagesensor vorgesehen. Der Lagesensor erfasst beispielhaft eine Rollposition (Drehung um die Längsachse) des Beobachtungsinstruments und/oder der Bilderfassungseinheit. Bei einem Stereo-Endoskop erfasst der Lagesensor beispielhaft eine Rollposition des Instrumentenschaftes.For detecting the rotational position / orientation of the image capturing unit, at least one is exemplary Position sensor provided. The position sensor detects, for example, a rolling position (rotation about the longitudinal axis) of the observation instrument and / or the image recording unit. In the case of a stereo endoscope, the position sensor detects a rolling position of the instrument shaft, for example.
Es sind verschiedene Ausgestaltungen des Lagesensors vorstellbar. Dieser kann einen oder mehrere Beschleunigungssensoren umfassen. Beschleunigungssensoren können Relativpositionen erfassen. Zur Erfassung einer absoluten Position/Orientierung bieten sich beispielhaft Gyroskope o. ä. Sensoren an. Es versteht sich, dass der Lagesensor zumindest einen diskreten Sensor umfassen kann. Der Lagesensor ist in beispielhaften Ausführungsformen im Instrument angeordnet. Der Lagesensor ist beispielsweise im Schaft des Instruments,im Handgriff oder im Beobachtungskopf angeordnet.Various configurations of the position sensor are conceivable. This can include one or more acceleration sensors. Acceleration sensors can detect relative positions. For example, gyroscopes or similar sensors can be used to record an absolute position / orientation. It goes without saying that the position sensor can comprise at least one discrete sensor. In exemplary embodiments, the position sensor is arranged in the instrument. The position sensor is arranged, for example, in the shaft of the instrument, in the handle or in the observation head.
Der Lagesensor kann beim proximalen Ende oder beim distalen Ende des Instruments angeordnet sein. Wenn mehrere Sensoren verbaut sind, können diese räumlich verteilt sein. Eine räumliche Verteilung erlaubt die Erfassung der Lage bzw. der Orientierung unter Berücksichtigung der Relativorientierung zwischen den Lagesensoren.The position sensor can be arranged at the proximal end or at the distal end of the instrument. If several sensors are installed, they can be spatially distributed. A spatial distribution allows the position or the orientation to be recorded, taking into account the relative orientation between the position sensors.
Es ist jedoch auch vorstellbar, den Lagesensor zumindest teilweise softwaretechnisch auszugestalten. Bei dem Lagesensor muss es sich also nicht unbedingt um einen diskreten Sensor handeln. Der Lagesensor kann auch ein am oder im Instrument befindlicher Tracker sein, der von einem externen Navigationssystem optisch, über Magnetfeldänderungen oder direkte elektro-magnetische Signalübertragungen erfasst wird und die Berechnung der Lage des Instruments ermöglicht. Eine Lage des aufgenommenen und wiedergegebenen Bildes kann auch über Bildverarbeitungsvorgänge erfasst werden, insbesondere wenn eine Bewegung verfolgt wird. Dies kann beispielsweise eine Mustererkennung umfassen, so dass im Bild eine Lage bestimmt und diese bei der Bewegung des Instruments bzw. der Bilderfassungseinheit stetig beibehalten wird, zumindest im zweiten Wiedergabemodus.However, it is also conceivable to design the position sensor at least partially in terms of software. The position sensor does not necessarily have to be a discrete sensor. The position sensor can also be a tracker located on or in the instrument, which is recorded optically by an external navigation system, via magnetic field changes or direct electromagnetic signal transmissions, and which enables the position of the instrument to be calculated. A position of the recorded and reproduced image can also be recorded via image processing operations, in particular when a movement is being tracked. This can include, for example, pattern recognition, so that a position is determined in the image and this position is continuously maintained during the movement of the instrument or the image acquisition unit, at least in the second playback mode.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens ist das Beobachtungsinstrument als Instrument mit geneigter Blickrichtung ausgebildet. Im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist unter einer geneigten Blickrichtung beispielsweise eine Neigung einer optischen Achse des Objektivs in Bezug auf eine Längsachse (Drehachse) des Schaftes zu verstehen.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or the method, the observation instrument is designed as an instrument with an inclined viewing direction. In the context of the present disclosure, an inclined viewing direction is to be understood as meaning, for example, an inclination of an optical axis of the objective with respect to a longitudinal axis (axis of rotation) of the shaft.
Es sind Instrumente mit beispielsweise um 10°, 15°, 20° 30° oder 45° geneigter Blickrichtung bekannt. Derartige Neigungswinkel sind auch im Rahmen der vorliegenden Offenbarung vorstellbar. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen. Zumindest in beispielhaften Ausgestaltungen umfasst der Begriff geneigte Blickrichtung keine absolut seitliche Blickrichtung (90° gegenüber der Längsachse verkippt). Derartige Instrumente werden als Seitenblickinstrumente bezeichnet.Instruments with a viewing direction inclined by 10 °, 15 °, 20 °, 30 ° or 45 °, for example, are known. Such angles of inclination are also conceivable within the scope of the present disclosure. However, this is not to be understood as restrictive. At least in exemplary embodiments, the term inclined viewing direction does not include an absolutely lateral viewing direction (tilted 90 ° with respect to the longitudinal axis). Such instruments are referred to as side-viewing instruments.
Es sind auch Instrumente mit variabler Blickrichtung bekannt, bei denen ein Neigungswinkel in Bezug auf die Längsachse verstellbar ist. Ein Instrument mit geneigter Blickrichtung kann auch als Schrägblick-Instrument bezeichnet werden. Der Neigungswinkel der Blickrichtung umfasst beispielhaft Bereiche zwischen 10° und 60° in Bezug auf die Längsachse.Instruments with a variable viewing direction are also known, in which an angle of inclination can be adjusted with respect to the longitudinal axis. An instrument with an inclined viewing direction can also be referred to as an angled viewing instrument. The angle of inclination of the viewing direction includes, for example, ranges between 10 ° and 60 ° with respect to the longitudinal axis.
Instrumente mit geneigter Blickrichtung bringen bei der Rollbewegung um die Schaftachse besondere Herausforderungen mit sich, wenn es auf die stereoskopische Beobachtung ankommt. Instrumente mit geneigter Blickrichtung werden häufig bewusst um die Schaftachse verdreht, um das aktuelle Sichtfeld zu variieren bzw. die Darstellung von Objekten im Sichtfeld zu verändern. Auf diese Weise können abhängig vom jeweiligen Rollwinkel verschiedene Bereiche bzw. Beobachtungsobjekte beobachtet werden. Dies bedeutet jedoch zumindest in beispielhaften Ausführungsformen, dass bestimmte Abschnitte der Drehbereiche stereoskopisch erfasst werden können, wogegen andere Abschnitte nur monoskopisch erfasst und wiedergegeben werden können, jedenfalls dann, wenn eine Bildaufrichtung gewünscht ist.Instruments with an inclined line of sight pose particular challenges when rolling around the shaft axis when stereoscopic observation is important. Instruments with an inclined line of sight are often deliberately rotated around the shaft axis in order to vary the current field of view or to change the representation of objects in the field of view. In this way, different areas or observation objects can be observed depending on the respective roll angle. However, at least in exemplary embodiments, this means that certain sections of the rotary areas can be recorded stereoscopically, whereas other sections can only be recorded and reproduced monoscopically, at least when an image erection is desired.
Wenn nämlich bei der stereoskopischen Beobachtung die Einzelbilder jeweils für sich aufgerichtet werden, dann müsste bei einer Drehung (Rollbewegung) des Instruments auch die Orientierung der Stereobasis in Abhängigkeit vom Drehwinkel angepasst werden, damit eine stereoskopische Beobachtung mit dem rechten und linken Auge möglich ist. Demgemäß wäre eine zusätzliche kombinierte, interne Schwenkbewegung der Bildsensoren bzw. der Objektive der Bilderfassungseinheit erforderlich, damit die Stereobasis an die gewünschte Bildorientierung bei der Wiedergabe und die gegebene Drehorientierung der Bilderfassungseinheit angepasst wird. Dies ist jedoch mechanisch kaum umsetzbar. Zusätzlich erschwert die geneigte Blickrichtung die Komposition eines aufgerichteten Stereo-Bildes bei beliebigen Drehorientierungen der Bilderfassungseinheit.If, in stereoscopic observation, the individual images are erected individually, then the orientation of the stereo base would also have to be adjusted depending on the angle of rotation when the instrument is rotated (rolling) so that stereoscopic observation with the right and left eye is possible. Accordingly, an additional combined, internal pivoting movement of the image sensors or the lenses of the image acquisition unit would be required so that the stereo base is adapted to the desired image orientation during playback and the given rotational orientation of the image acquisition unit. However, this is hardly feasible mechanically. In addition, the inclined viewing direction makes it difficult to compose an erect stereo image with any rotational orientation of the image capture unit.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Bildgebungssystems oder des Verfahrens trägt das Beobachtungsinstrument die Bilderfassungseinheit, wobei die Bilderfassungseinheit einen Stereo-Bildsensor oder zwei zueinander versetzte Einzelsensoren aufweist.According to a further exemplary embodiment of the imaging system or the method, the observation instrument carries the image acquisition unit, the image acquisition unit having a stereo image sensor or two individual sensors offset from one another.
Die Sensoren der Bilderfassungseinheit sind beispielhaft am oder bei dem distalen Ende des Instruments bzw. von dessen Schaft angeordnet. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung sind die Sensoren der Bilderfassungseinheit am oder bei dem proximalen Ende des Instruments bzw. von dessen Schaft angeordnet.The sensors of the image acquisition unit are arranged, for example, on or near the distal end of the instrument or on its shaft. According to an alternative embodiment, the sensors of the image acquisition unit are arranged on or near the proximal end of the instrument or on its shaft.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung weist das Bildgebungssystem ferner eine Wiedergabeeinheit mit zumindest einer Anzeige auf, insbesondere einem 3D-Bildschirm und/oder einer 3D-Brille. Ein 3D-Brille kann beispielhaft in Kombination mit einem 3D-Bildschirm verwendet werden. Es sind jedoch auch 3D-Brillen bekannt, die eigene Anzeigen (Displays) aufweisen. Derartige Wiedergabeeinheiten werden beispielhaft als HMDs (Head Mounted Display - am Kopf aufgenommene Anzeigen) bezeichnet. Das offenbarungsgemäße Verfahren kann derartige Gerätschaften nutzen.According to a further exemplary embodiment, the imaging system also has a display unit with at least one display, in particular a 3D screen and / or 3D glasses. For example, 3D glasses can be used in combination with a 3D screen. However, 3D glasses are also known which have their own displays. Such display units are referred to, for example, as HMDs (Head Mounted Displays). The method according to the disclosure can use such equipment.
Vorzugsweise ist die Anzeige einerseits zur Wiedergabe im Stereo-Modus (3D-Wiedergabe) unter Nutzung der Bilddaten beider Beobachtungskanäle und andererseits auch zur Wiedergabe im Mono-Modus (2D-Wiedergabe) unter Nutzung der Bilddaten nur eines Beobachtungskanals geeignet.The display is preferably suitable, on the one hand, for reproduction in stereo mode (3D reproduction) using the image data of both observation channels and, on the other hand, also for reproduction in mono mode (2D reproduction) using the image data of only one observation channel.
Die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung wird ferner durch ein Computerprogramm gelöst, das Programmcode aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Bildgebungssystem nach einer der hierin beschriebenen Ausgestaltungen dazu zu veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einer der hierin beschriebenen Ausgestaltungen auszuführen, wenn das Computerprogramm auf der Steuereinrichtung des Bildgebungssystems ausgeführt wird.The object of the present disclosure is also achieved by a computer program that has program code that is designed to cause an imaging system according to one of the embodiments described herein to carry out the steps of the method according to one of the embodiments described herein when the computer program is based on the Control device of the imaging system is executed.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features of the invention mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:
-
1 : eine gebrochene perspektivische rückwärtige Ansicht eines Beobachtungsinstruments in Form eines Endoskopes; -
2 : eine gebrochene seitliche Teilansicht des Instruments gemäß1 ; -
3 : perspektivische vordere Ansicht eines Beobachtungsinstruments in Form eines Exoskopes; -
4 : eine gebrochene seitliche Teilansicht des Instruments gemäß3 ; -
5 : eine vereinfachte, schematische Ansicht eines Bildgebungssystems mit einem Beobachtungsinstrument in Form eines Endoskopes; -
6 : eine vereinfachte, schematische Ansicht eines Bildgebungssystems mit Stereo-F u nktionalität; -
7 : eine frontale Ansicht auf eine Bilderfassungseinheit zur Stereo-Beobachtung; -
8 : eine weitere Ansicht der Bilderfassungseinheit gemäß7 in einer gegenüber7 rotierten Darstellung; -
9 bis14 :- verschiedene vereinfachte schematische Darstellungen zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen einem Darstellungsmodus und einer aktuellen Drehorientierung eines Beobachtungsinstruments;
-
15 : eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Bildkomposition bei der Stereo-Wiedergabe; -
16 : eine weitere Darstellung der Anordnung gemäß15 zur Veranschaulichung der Bildkomposition bei um 180° verdrehter Lage; -
17 : eine weitere vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Wechsels zwischen einem ersten Wiedergabemodus und einem zweiten Wiedergabemodus; -
18 : ein schematisch vereinfachtes Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Stereo-Beobachtung mit einem Beobachtungsinstrument; und -
19 : ein weiteres schematisch vereinfachtes Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens zur Stereo-Beobachtung mit einem Beobachtungsinstrument.
-
1 : a broken perspective rear view of an observation instrument in the form of an endoscope; -
2 : a broken side partial view of the instrument according to FIG1 ; -
3 : perspective front view of an observation instrument in the form of an exoscope; -
4th : a broken side partial view of the instrument according to FIG3 ; -
5 : a simplified, schematic view of an imaging system with an observation instrument in the form of an endoscope; -
6th : a simplified, schematic view of an imaging system with stereo functionality; -
7th : a front view of an image acquisition unit for stereo observation; -
8th : a further view of the image capture unit according to FIG7th in an opposite7th rotated representation; -
9 until14th :- various simplified schematic representations to illustrate the relationship between a representation mode and a current rotational orientation of an observation instrument;
-
15th : a simplified schematic representation to illustrate the image composition in stereo playback; -
16 : a further representation of the arrangement according to15th to illustrate the composition of the image when the position is rotated by 180 °; -
17th : a further simplified schematic representation to illustrate the change between a first playback mode and a second playback mode; -
18th : a schematically simplified block diagram to illustrate an embodiment of a method for stereo observation with an observation instrument; and -
19th : Another schematically simplified block diagram to illustrate a further embodiment of a method for stereo observation with an observation instrument.
Allgemein sind medizinische und nicht-medizinische (technische) Anwendungen für Endoskope
Am proximalen Ende des Schaftes
Das Gehäuse
Ferner veranschaulicht in
Die
Am distalen Ende des Schaftes
Ferner ist in
In
Der Arbeitsabstand
Sowohl bei der Beobachtung mit dem Endoskop
Demgemäß sind sowohl Endoskope
Für die Stereo-Wiedergabe sind beispielsweise sogenannte 3D-Monitore bekannt, die unter Nutzung spezieller Hilfsmittel (3D-Brille) einen stereoskopischen Effekt nutzbar machen. Ferner sind sogenannte HMDs (Head Mounted Display) bekannt, also vom Beobachter selbst getragene Videobrillen mit Stereo-Effekt.So-called 3D monitors are known for stereo playback, for example, which make a stereoscopic effect usable by using special aids (3D glasses). Furthermore, so-called HMDs (Head Mounted Displays) are known, that is to say video glasses with a stereo effect worn by the observer himself.
Die stereoskopische Beobachtung und Wiedergabe stößt jedoch bei einer Rollbewegung des Instruments an ihre Grenzen, bei der sich die Stereobasis (gedachte Linie, um die die beiden Sensoren/Sensorflächen voneinander versetzt sind) gegenüber einem Referenzhorizont verändert. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine Bildaufrichtung gewünscht ist. Der Referenzhorizont wird üblicherweise durch die Anordnung einer Wiedergabeeinheit und schlussendlich durch die Anordnung der menschlichen Augen (Augenabstand, Disparität) definiert.However, the stereoscopic observation and reproduction reaches its limits when the instrument rolls, during which the stereo base (imaginary line by which the two sensors / sensor surfaces are offset from one another) changes with respect to a reference horizon. This is particularly the case when an image erection is desired. The reference horizon is usually defined by the arrangement of a display unit and finally by the arrangement of the human eyes (interpupillary distance, disparity).
Wenn also die Stereobasis der Bilderfassungseinheit nicht mehr zumindest näherungsweise mit dem Referenzhorizont übereinstimmt, dann kann die stereoskopische Wiedergabe - bei Beibehaltung der Bildaufrichtung - nicht mehr mit hinreichend hoher Qualität gewährleistet werden. Dies gilt zumindest dann, wenn versucht wird, die Ausrichtung des ausgegebenen Bildes „künstlich“ aufrechtzuerhalten. Die Stereo-Beobachtung ohne Bildaufrichtung ist zwar möglich, die Orientierung im nicht aufgerichteten Bild erschwert sich jedoch mit zunehmendem Drehwinkel. Es ist also bei Instrumenten zur Stereo-Beobachtung nicht einfach so möglich, Maßnahmen zur (digitalen) Bildaufrichtung zu implementieren. Das 3D-Bild wird regelmäßig auf Basis zweier Beobachtungskanäle gebildet. Eine Bildaufrichtung (digital/elektronisch oder über einen entsprechenden Aktuator zum Verdrehen des jeweiligen Sensors) könnte nun zwar das jeweilige Einzelbild im ersten Kanal und im zweiten Kanal rotieren, um dieses aufzurichten. Jedoch würde dann in großen Winkelbereichen eben keine hinreichende Übereinstimmung mehr zwischen dem Referenzhorizont und Lage der Stereobasis gegeben sein. Die vorliegende Offenbarung befasst sich mit diesem Problemkreis.If the stereo basis of the image acquisition unit no longer corresponds at least approximately to the reference horizon, then the stereoscopic reproduction can no longer be guaranteed with a sufficiently high quality while maintaining the image erection. This applies at least when trying to "artificially" maintain the alignment of the output image. Stereo observation without erecting the image is possible, but orientation in the non-erect image becomes more difficult as the angle of rotation increases. With instruments for stereo observation it is therefore not just possible to implement measures for (digital) image erection. The 3D image is regularly formed on the basis of two observation channels. An image erection (digital / electronic or via a corresponding actuator for rotating the respective sensor) could rotate the respective individual image in the first channel and in the second channel in order to erect it. However, there would then no longer be sufficient correspondence between the reference horizon and the position of the stereo base in large angular ranges. The present disclosure addresses this issue.
Mit Bezugnahme auf
In der beispielhaften Ausführungsform ist im Gehäuse
Es ist auch vorstellbar, die Sensoreinheit
Das Instrument
Eine beispielhafte Ausgestaltung einer Steuereinrichtung
In der Ausgestaltung gemäß
Es versteht sich, dass die in
Den Bildsensoren
Im Ausführungsbeispiel gemäß
Die Verdrehung/Schiefstellung in
Die vorliegende Offenbarung adressiert diese Nachteile mit verschiedenen Wiedergabemodi bei der Darstellung. Dabei wird - sofern es möglich ist - einerseits auf die 3D-Darstellung Wert gelegt. Sofern jedoch aufgrund der gegebenen Drehlage der Bilderfassungseinheit keine 3D-Darstellung sinnvoll erscheint, wird dem Beobachter eine 2D-Darstellung angeboten. Im 2D-Modus kann wiederum die (digitale) Bildaufrichtung gewährleistet werden. Der 2D-Modus eignet sich für Anwendungsfälle, bei denen die Orientierung der Ansicht aus Sicht des Beobachters wichtiger als eine stereoskopische Beobachtung im 3D-Modus ist.The present disclosure addresses these disadvantages with different display modes. On the one hand, emphasis is placed on the 3D representation - if possible. If, however, based on the given rotational position of the image acquisition unit, no 3D representation appears sensible, the observer is offered a 2D representation. In the 2D mode, in turn, the (digital) erection of the image can be guaranteed. The 2D mode is suitable for applications in which the orientation of the view from the observer's point of view is more important than stereoscopic observation in 3D mode.
In diesem Zusammenhang wird auf die
Die Drehwinkelskala
Die 0°-Stellung entspricht beispielsweise dem in
Wenn nun das Instrument
In
Hingegen wird in wesentlichen Ausführungsbeispielen darauf abgestellt, dass das Beobachtungsobjekt
Zwischen den Darstellungen in
Würde man das Bild des Beobachtungsobjektes
In ähnlicher Weise ist es beim Wechsel vom zweiten Wiedergabemodus zum ersten Wiedergabemodus vorstellbar, noch in der 2D-Darstellung die Bildaufrichtung etwas zu korrigieren, um einen sanften Übergang hin zur erwarteten Verkippung des wiedergegebenen Beobachtungsobjektes
Der Zeiger
Ausgehend von der Orientierung in
Insgesamt ergibt sich für den Beobachter auch bei einer Rollbewegung des Instruments bzw. der Bilderfassungseinheit ein einfach erfassbares Bild mit nachvollziehbarer Orientierung. Die 3D-Darstellung kann immer dann genutzt werden, wenn dies bei den gegebenen Bedingungen möglich erscheint. Es kann automatisch zwischen 3D und 2D umgeschaltet werden. Auch eine manuelle Umschaltung ist denkbar, zumindest als Zusatzoption.Overall, even when the instrument or the image capturing unit is rolling, the observer can see an image that can be captured easily and has a comprehensible orientation. The 3D display can always be used if this appears possible under the given conditions. It can be switched automatically between 3D and 2D. Manual switching is also conceivable, at least as an additional option.
Es versteht sich, dass die Folge der Darstellungen in
Anhand der schematisch stark vereinfachten Darstellung der
Demgegenüber erfassen die beiden Sensoren
Es versteht sich, dass die Blöcke
Die anhand der
Eine erste Betriebsart umfasst beispielsweise einen Betrieb des Instruments
Eine dritte Betriebsart umfasst einen Betrieb des Instruments
Mit Bezugnahme auf
Der Zeiger
In dem Ausführungsbeispiel gemäß
Im Abschnitt zwischen 135° und 225° ist das Instrument
In den übrigen Teilbereichen
Um einem solchen „Springen“ des wiedergegebenen Bildes entgegenzuwirken, wird vorgeschlagen, die Orientierung des Bildes im zweiten Wiedergabemodus winkelabhängig zu interpolieren, so dass einerseits eine hinreichend stabile Aufrichtung und gute Orientierung im Bild ermöglicht ist, und andererseits Drehwinkelsprünge minimiert oder vermieden werden.In order to counteract such "jumping" in the displayed image, it is proposed to interpolate the orientation of the image in the second display mode as a function of the angle so that, on the one hand, a sufficiently stable upright position and good orientation in the image is possible and, on the other hand, jumps in rotation angle are minimized or avoided.
Die Kurven
Die Kurve
Die Kurve
Die Kurve
Es versteht sich, dass die Kurven
Mit Bezugnahme auf
Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt
Es folgt ein Schritt
In Abhängigkeit von dem erfassten Drehwinkel kann ein Schritt
Dem Schritt
Üblicherweise umfasst der erste Wiedergabemodus auch einen Zustand, in dem das Instrument bzw. dessen Bilderfassungseinheit um ca. 180° gedreht ist. Dann ist nämlich die Stereobasis (zum Beispiel definiert durch Position bzw. Orientierung der Aperturen der Beobachtungsoptik) wiederum parallel oder nahezu parallel zum Referenzhorizont ausgerichtet. Damit das angezeigte Bild jedoch nicht auf dem Kopf steht, erfolgt ein sogenannter 180°-Flip. Dies umfasst beispielhaft eine 180°-Rotation der beiden Kanäle sowie einen Tausch (rechts mit links, und umgekehrt). Auf diese Weise kann eine quasi-Aufrichtung im um 180° verdrehten Zustand gemeinsam mit der 3D-Darstellung realisiert werden. Es gibt jedoch keine kontinuierliche, eng nachgeführte Bildaufrichtung.The first playback mode usually also includes a state in which the instrument or its image acquisition unit is rotated by approx. 180 °. Then namely the stereo base (for example defined by the position or orientation of the apertures of the observation optics) is again aligned parallel or almost parallel to the reference horizon. So that the displayed image is not upside down, a so-called 180 ° flip takes place. This includes, for example, a 180 ° rotation of the two channels and an exchange (right with left, and vice versa). In this way, a quasi-straightening in the state rotated by 180 ° can be realized together with the 3D representation. However, there is no continuous, closely tracked image erection.
Wird jedoch das Verfahren gemäß dem Schritt
Demgemäß kann das auszugebende Bild digital/elektronisch aufgerichtet werden. Die Bildaufrichtung erfolgt im Schritt
Das Verfahren schließt im Schritt
Mit Bezugnahme auf
Das Verfahren startet mit einem Schritt
In Abhängigkeit davon, welcher Winkelbereich vorliegt, kann das Instrument nachfolgend in einem ersten Wiedergabemodus (Schritt
Der Schritt
Dem Schritt
Dem Schritt
Dem Schritt
Im Schritt
Es erfolgt beim nachgelagerten Schritt
Der Schritt
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